Michael Vieweg

Diplom Geograph



Helmholtz-Zentrum für
Umweltforschung - UFZ
Permoserstr. 15
04318 Leipzig

Tel.: 0341 235 1643
michael.vieweg@ufz.de

RespiChamber

Flüsse sind die Schnittstelle, an der stark mineralisiertes Grundwasser auf sauerstoffreiches Oberflächenwasser trifft. Die dabei entstehende Mischungszone im Sediment direkt unter und neben dem Fluss ist ein Hotspot, in dem verschiedenste biogeochemische Prozesse ablaufen. Da die Verweilzeiten im Sediment um Größenordnungen länger sind als im Oberflächenwasser, findet ein Großteil des Stoffumsatzes in dieser hyporheischen Zone statt (griech. hypo = unter, rheos = Fluss). Die dort stark ausgebildeten vertikalen Gradienten steuern die Transformation von Kohlenstoff und Stickstoff und tragen damit entscheidend zur ökologischen Qualität von Fließgewässern bei. Um die Stoffflüsse und Prozesse besser quantifizieren zu können braucht man ein fachübergreifendes Prozessverständnis, welches ausgehend von der klassischen Hydrogeologie, auch die chemischen und biologischen Vorgänge des Flusshabitats einbezieht.

In der hyporheischen Zone ist die Sauerstoffzehrung ein entscheidender Indikator für die Respirationsleistung, also den aeroben Stoffumsatz. Ziel meiner Doktorarbeit ist es, die Ausdehnung und Dynamik der Sauerstoffgesättigten Zone zu bestimmen und die dabei stattfindende aerobe Respiration zeitlich variabel zu modellieren. Dafür nutzen wir modernste optische Messgeräte (Optoden) die von uns für den Einsatz direkt im Flussbett (in situ) modifiziert werden. Die so gewonnen vertikalen Profile und Zeitreihen zeigen die Sauerstoffdynamik der hyporheischen Zone in einer bisher nicht gekannten Genauigkeit und ermöglichen die analytische Modellierung der Sauerstoffzehrung unter Berücksichtigung der Verweilzeiten, der Wassertemperaturen und der Abflussdynamik. Die Ergebnisse und das gewonnene Prozess-Verständnis helfen dabei reaktive Stofftransportmodelle zu verbessern und deren Ergebnisse an der Realität zu überprüfen.


Forschungsschwerpunkte

  • Statistische Zeitreihenanalyse von variablen Respirationsraten und weiterer hydrologischer Einflussfaktoren am Beispiel eines grobmaterialreichen Mittelgebirgsbaches (Selke, Harz)
  • Ableitung von zeitlich variabler Respiration im Flussbett mittels kontinuierlicher Messungen von elektrischer Leitfähigkeit als natürlichem Tracer und Sauerstoffzehrung im Flußbett
  • Entwicklung einer optoden-basierten Methode zur weitgehend ungestörten Messung von kontinuierlichen, vertikalen Sauerstoffprofilen im Flussbett


Akademische Ausbildung

seit 2017

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Department Naturschutzforschung

2010 - 2016

Doktorand am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Department Hydrogeologie

2007 - 2008

Wissenschaftliche Hilfskraft im Visualisierungszentrum des Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

2005

Diplom Geographie an der Universität Leipzig,
Nebenfächer: Geologie, Soziologie

2003 - 2004

Studentische Hilfskraft am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Department Naturschutzforschung



Veröffentlichungen

Brandt T., Vieweg M., Laube G., Schima R., Goblirsch T., Fleckenstein J.H., & Schmidt C. (2017): Automated in Situ Oxygen Profiling at Aquatic–Terrestrial Interfaces. Environmental Science & Technology. doi: 10.1021/acs.est.7b01482

Vieweg M., Kurz M.J., Trauth N., Fleckenstein J.H., Musolff A. & Schmidt C. (2016): Estimating time-variable aerobic respiration rates in the streambed by combining electrical conductivity and dissolved oxygen time-series. Journal of Geophysical Research Biogeosciences. doi:10.1002/2016JG003345

Schmadel N.M., Ward A.S., Kurz M.J., Fleckenstein J.H., Zarnetske J.P., Hannah D.M., Blume T., Vieweg M., Blaen P.J., Schmidt C., Knapp J.L.A., Klaar M.J., Romeijn P., Datry T., Keller T., Folegot S., Marruedo A.I. & Krause S. (2016) Stream solute tracer timescales changing with discharge and reach length confound process interpretation. Water Resources Research 52. doi:10.1002/2015WR018062

Trauth N., Schmidt C., Vieweg M., Oswald S.E. & Fleckenstein J.H. (2015): Hydraulic controls of in-stream gravel bar hyporheic exchange and reactions. Water Resources Research. doi:10.1002/2014WR015857

Trauth N., Schmidt C., Maier U., Vieweg M. & Fleckenstein, J.H. (2014): Hyporheic transport and biogeochemical reactions in pool-riffle systems under varying ambient groundwater flow conditions. Journal of Geophysical Research. doi:10.1002/2013JG002586

Trauth N., Schmidt C., Maier U., Vieweg M. & Fleckenstein, J.H. (2013): Coupled 3D stream flow and hyporheic flow model under varying stream and ambient groundwater flow conditions in a pool-riffle system. Water Resources Research. doi:10.1002/wrcr.20442

Vieweg M., Trauth N., Fleckenstein J.H. & Schmidt C. (2013): Robust Optode-Based Method for Measuring in Situ Oxygen Profiles in Gravelly Streambeds. Environmental Science & Technology. doi:10.1021/es401040w

Schmidt C., Musolff A., Trauth N., Vieweg M. & Fleckenstein, J.H. (2012): Transient analysis of fluctuations of electrical conductivity as tracer in the stream bed. Hydrology and Earth System Sciences. doi:10.5194/hess-16-3689-2012


Internationale Tagungen

Vieweg M., Fleckenstein J. H., and Schmidt C. “Estimating streambed travel times and respiration rates based on temperature and oxygen consumption”, AGU Fall Meeting 2015, 14-18th December 2015, San Francisco, USA. (Presentation)

Vieweg M., Schmidt C., Musolff A., and Fleckenstein J.H. “Deriving variable travel times and aerobic respiration in the hyporheic zone using electrical conductivity as natural tracer”, EGU General Assembly 2014, 27th April -13th May 2014, Vienna, Austria. (Poster)

Vieweg M., Schmidt C., and Fleckenstein J.H. “Deriving time-variant aerobic respiration in the hyporheic zone by combining continuous EC and O2 measurements”, AGU Fall Meeting 2013, 9-13th December 2013, San Francisco, USA. (Presentation)

Vieweg M., Schmidt C., and Fleckenstein J.H. “Measuring vertical oxygen profiles in the hyporheic zone using planar optodes”, EGU General Assembly 2012, 22-27th April 2012, Vienna, Austria. (Poster)

Trauth N., Vieweg M., Schmidt C., and Fleckenstein J.H. “Integrated field experiments and numerical modelling to evaluate the factors controlling water flow and redox conditions in the hyporheic zone”, EGU General Assembly 2011, 3-8th April 2011, Vienna, Austria. (Poster)


Videos vom Untersuchungsgebiet


Selke im Februar 2012: Grundeis, Selke friert kurzzeitig komplett zu.



Selke im September 2012. Wasserstands- und Sauerstoffmessungen entlang einer Kiesbank zeigen unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen im Flussbett in jeweils 45 cm Tiefe. In Vieweg et al. (2016) zeigen wir, dass die Konzentrationsunterschiede eine Folge unterschiedlicher Verweilzeiten im Sediment sind und leiten daraus Respirationsraten für das Flussbett ab.



Selke März bis Juni 2013: Zwei Flut-Ereignisse innerhalb von 3 Monaten. Ab 11.04. setzt die Frühjahrsschmelze mit bis zu 15 m³/s Abfluss ein (ab 0:28). Eine Extremwetterlage führte dann ab dem 30.05. zu einem weiteren Flut-Ereignis mit über 25 m³/s Abfluss (ab 1:25). Der durchschnittliche Jahresabfluss der Selke beträgt 1,5 m³/s.