Laufende Drittmittelprojekte

P-LEACH assesses the impact of chemicals from globally increasing environmental plastic pollution on ecosystem functions and human health. Plastics impact ecosystems as a new habitat for colonization (“plastisphere”), and weathering leads to fragmentation and leaching of chemicals, including harmful additives (e.g., plasticizers, bisphenols, metals). Our multidisciplinary consortium jointly characterizes these pollutants and their synergistic impacts on ecosystem functions with a strong focus on microbial geochemical cycles in realistic aquatic settings along the land-coast-ocean continuum and at hot spots (German Bight, North Atlantic and Pacific Gyres, Lyngøyne/NO). P-LEACH also addresses human health effects using human cell lines and human tissues.

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Obwohl die Anwendbarkeit der Satelliten-basierten Fernerkundung in der Gewässerüberwachung für Einzelfälle wissenschaftlich gut belegt ist, fehlt eine breite systematische Untersuchung über die Eignung der Methodik für das behördliche Wasserqualitätsmonitoring und die Wasserflächenausdehnung. In dem vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen der Copernicus-Initiative geförderten Leuchtturmprojekt „Erfassung der Wasserqualität und Wasserflächenausdehnung von Binnengewässern durch Fernerkundung (BIGFE)“ sollen daher aus dem europäischen COPERNICUS-Satellitenprogramm frei zur Verfügung stehende Satellitenprodukte für eine Auswahl von ca. 100 Seen und Talsperren sowie einzelnen Gewässerbereichen in den Unterläufen großer Fließgewässer mit verschiedenen, existierenden Verfahren prozessiert, harmonisiert und validiert sowie wissenschaftlich hinsichtlich ihrer Güte bewertet werden. Die Weiterentwicklung des WaterMaskAnalyzers (WMA) dient der Vermessung von Hochwasserflächen und zur Erfassung der Pegelschwankungen von Standgewässern.

Die hierbei erarbeiteten Grundlagen zur Aussagekraft, Unsicherheit und Verlässlichkeit der Fernerkundungsprodukte bieten die Grundlage für eine sachgerechte Implenmentation der Fernerkundung in das behördliche Monitoring. Neben dieser Charakterisierung der Einsatzfähigkeit sind für die Implementaiton ebenfalls gezielte Trainingsworkshops sowie angepasste Praxistools notwendig. Hierfür ist eine enge Kooperation mit KMUs aus der Fernerkundungsbranche im Projekt integriert.

BIGFE ist ein Forschungsverbund von vier Projektpartnern und 12 assoziierten Länderbehörden in Deutschland, der vom Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ koordiniert und von einem Projektbeirat begleitet wird.

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 sichern.

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Laufzeit 4.2020- 3.2023

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.

The correct quantification of the mass and energy exchange between inland waters and the atmosphere is of great importance for both scientific and practical issues. Exact direct measurements are possible, but expensive and technically challenging. Thus, different gradient approaches, such as the ‘turbulent boundary layer’ (TBL) approach, provide the methodological backbone to determine diffusive gas fluxes, energy fluxes and evaporation rates from inland water utilizing easy–to–measure limnologic and atmospheric variables. However, the reliability of such flux approximations significantly depends on (i) the parameterisation of the transfer coefficient and (ii) the representativeness of input data. In order to enhance our capabilities to determine fluxes from inland waters, exchange processes will be intensively studied in this project. In particular, we aim to (A) improve the predictive power of gradient approaches and (B) quantify effects of spatial and short-term variations of meteorological and limnological drivers on flux approximations.
Two long-term and four additional short-term intensive measurement experiments will be performed at Bautzen reservoir in Lusatia (Germany) to observe mass and energy fluxes under different weather and limnic conditions as well as on different scales of space and time. A floating outdoor laboratory equipped with an eddy covariance measurement system and several meteorological, hydro-chemical and hydro-physical sensors will be used for direct continuous measurements of fluxes and variables that are unaffected by land surfaces and are representative for the pure water-atmosphere-interaction. Three additional satellite platforms with a simplified set-up will be utilized to detect the spatial variations of atmospheric and limnic conditions along the fetch. Furthermore, the occurrence and the effects of surface films and micro-stratification in the uppermost water layers will be examined by additional hydro–chemical field and laboratory experiments.
The combination of experimental fieldwork, statistical analyses and model–based investigations as well as the nexus between limnological and micrometeorological researches provide the foundations to better understand the processes that are relevant for the mass and energy exchange on different temporal and spatial scales. Our analyses will focus on the development of novel methods to (a) parameterise atmospheric transfer coefficients, especially under low turbulence conditions, (b) evaluate effects of limnological phenomena such as micro-stratification and surface films, and (c) quantify influences of atmospheric and limnologic heterogeneities on flux estimates. Additionally (d), we will examine atmospheric turbulence structures and develop models for the numerical description of spectra and cospectra of atmospheric variables to improve the correction of damping losses and therefore the fidelity of eddy covariance measurements above water surfaces.

Durch globalen Wandel verändern sich die Winterbedingungen in Seen rapide. Eine Einschätzung der Folgen ist zum jetzigen Zeitpunkt schwierig, weil sich Limnologen historisch auf die „Vegetationsperiode“ von Frühling bis Herbst konzentriert haben und daher wenig über die Winterökologie bekannt ist. Bis vor kurzem galt der Winter im Allgemeinen als ökologisch ruhend, da das Lichtangebot erst für das Phytoplanktonwachstum ausreichend ist, wenn die Schichtung im Frühjahr einsetzt. Entgegen dieser Annahme gibt es viele Seen, in denen Phytoplankton - insbesondere großzellige Diatomeen (Kieselalgen) - im Spätwinter vor der Schichtung dichte Blüten bilden können. Dieses Phänomen ist in gemäßigten Seen nicht ungewöhnlich, bisher jedoch unterforscht. Es gibt Hinweise darauf, dass diese Blüten einen starken Einfluß auf die Seeökosysteme in den folgenden Jahreszeiten haben, weil sie Nährstoffe binden und die Phytoplanktonbiomasse verringern. In diesem Projekt wollen wir die Ursachen und Wirkung winterlicher Diatomeenblüten untersuchen und charakterisieren.

Laufzeit: 1.1.2021 - 31.12.2023

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Algal blooms remain a major challenge in many lakes and coastal waters because they continue to persist even where external nutrient loads have been reduced. The vast amounts of “legacy” nutrients in the sediments continue to provide nutrients pulses, which trigger algal blooms. The objective of this project is to measure, analyze and conceptualize the short time scale effects of benthic nutrient dynamics on algal dynamics (including species composition changes) and physiology (respecting for species specific responses) under in-situ conditions. This will be conducted in a shallow freshwater and a brackish water system, using combination of high temporal resolution wet chemical sensors (P), UV spectral sensors (C, N) and methods for characterization of phytoplankton photo-physiology status (in-situ flow cytometry, gas exchange measurements and various kinds of pulse-amplitude-modulated fluorometers).

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