Physikalische Limnologie von Teichen

Description: Kleine lentische („stehende“) aquatische Ökosysteme, die oft als Teiche bezeichnet werden, machen zahlenmäßig die Mehrheit der Seen der Welt aus. Sie spielen eine entscheidende Rolle in globalen biogeochemischen Kreislaufen und sind Hotspots der Artenvielfalt. Die hohe mikrobielle Aktivität und die Artenvielfalt in Teichen werden durch extreme Umweltvariabilität herausgefordert, einschließlich erheblicher täglicher Temperaturschwankungen, die das Überleben der Organismen ernsthaft gefährden können. Die thermische Dynamik steht in enger Wechselwirkung mit den vorherrschenden hydrodynamischen Bedingungen, die den Wärmetransport sowie den Transport von gelösten Stoffen und Organismen steuern und deren Exposition gegenüber Licht und trophische Interaktionen beeinflussen. Während Strömungsregime und thermische Schichtung in größeren Seen und Stauseen umfassend untersucht wurden, ist überraschend wenig über die physikalischen Bedingungen in Teichen bekannt, einschließlich der zeitlichen Dynamik, räumlichen Variabilität von Temperatur und Fließgeschwindigkeit sowie deren Abhängigkeit von geografischen und klimatischen Faktoren. Im Gegensatz zu Seen und Stauseen wird erwartet, dass die Strömungen in Teichen vor allem durch horizontale Dichtegradienten angetrieben werden, die durch unterschiedliche Erwärmung und Abkühlung verursacht werden. Diese Gradienten können durch die teilweise Beschattung der Teiche, die unterschiedliche Wassertiefe, Vegetation und Bodeneigenschaften entstehen. Dieses Projekt zielt darauf ab, das mechanistische Verständnis der physikalischen Prozesse in Teichen zu verbessern, indem es die räumliche und zeitliche Dynamik der Wassertemperatur und ihre Rolle bei der Erzeugung von dichtegetriebenen Strömungen und Durchmischungen untersucht. Um die bestehenden Beschränkungen bei räumlich verteilten Messungen von Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit in Teichen zu überwinden, werden wir spezielle, kostengünstige Instrumente entwickeln. Durch die Durchführung und Analyse von Messungen in Teichen und in experimentellen Mesokosmen werden wir einen mechanistischen Rahmen entwickeln, um die Größenordnung der räumlichen und zeitlichen Schwankungen der Temperatur und der daraus resultierenden Strömungsgeschwindigkeit als Funktion großräumiger und standortspezifischer Faktoren zu beschreiben. Diese Konzepte erweitert die bestehenden Ansätze zur Bewertung der Schichtungs- und Durchmischungsdynamik in größeren Seen, indem zusätzlich zu den windgetriebenen Strömungen auch konvektive Strömungen berücksichtigt werden. Es wird erwartet, dass das Projekt neuartige quantitative Einblicke in die physikalischen Prozesse in Teichökosystemen liefert. Die abgeleiteten Beziehungen können die Charakterisierung physikalischer Lebensräume in ökologischen Bewertungen unterstützen, biogeochemische Modelle informieren und für bei Planung künstlich angelegten Teiche genutzt werden.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Stausee ? Vegetation ? Seen ? Vegetationsdynamik ? Temperaturabhängigkeit ? Temperaturverteilung ? Wassertemperatur ? Schattenwurf ? Habitat ? Hydrogeologie ? Temperaturmessung ? Gelöste Stoffe ? Artenvielfalt ? Fließgeschwindigkeit ? Hydrochemie ? Limnologie ? Ökologische Bewertung ? Aquatisches Ökosystem ? Siedlungswasserwirtschaft ? Biologische Aktivität ? Hydrologie ? Weiträumiger Transport ? Physikalischer Vorgang ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Rheinland-Pfalz

Bounding boxes: 7.5° .. 7.5° x 49.66667° .. 49.66667°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Institut für Umweltwissenschaften (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2025-01-01 - 2025-10-02

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Physical Limnology of Ponds
  Description: Small lentic (“stagnant”) aquatic ecosystems, often referred to as ponds, make up the majority of the world’s lakes by number. They play a critical role in global biogeochemical cycling and are hotspots of biodiversity. The high microbial activity and biodiversity in ponds are challenged by extreme environmental variability, including significant diel changes in temperature, which can pose severe challenges to the survival of organisms. This thermal dynamics interacts closely with prevailing hydrodynamic conditions, which control the transport of heat as well as of solutes and organisms, and affect their exposure to light and trophic interactions. While flow regimes and thermal stratification have been extensively studied in larger lakes, and reservoirs, surprisingly little is known about the physical conditions in ponds, including the temporal dynamics and spatial variability of temperature and flow velocity, and their dependence on geographic and climatic drivers. Unlike lakes and reservoirs, flows in ponds are expected to be predominantly driven by horizontal density gradients caused by differential heating and cooling. These gradients can arise from partial shading of the ponds, varying water depth, vegetation, and bed properties. This project aims to improve the mechanistic understanding of physical processes in ponds by investigating the spatial and temporal dynamics of water temperature and its role in the generation of density-driven flows and mixing from diel to seasonal time scales. To overcome existing limitations in spatially distributed measurements of temperature and flow velocity in ponds, we will develop specialized low-costs instrumentation. By performing and analyzing unprecedented measurements in ponds and in experimental pond mesocosms, we will develop a mechanistic framework to describe the magnitudes of spatial and temporal variations of temperature and resulting flow velocity as a function of large-scale and site-specific drivers. This framework extends existing approaches for assessing stratification and mixing dynamics in larger lakes by considering convective flows in addition to wind-driven mechanisms. The project is expected to yield novel quantitative insights into the physical processes in pond ecosystems. The derived relationships can support physical habitat characterization in ecological assessments, inform biogeochemical models, and guide the design of constructed ponds. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138941

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/558095911 (Webseite)

Status

Aktiv

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