Wellen- und tidebeeinflusste sandige Strände machen einen Großteil der weltweiten Küstenlinie aus und spielen eine wichtige Rolle für Kohlenstoff-, Nährstoff- und Metallkreisläufe. Während Flut strömt Meerwasser in den Sedimentkörper, ebenso wird organisches Material eingetragen. Im Sediment wird dieses von Mikroorganismen abgebaut, sodass bei Ebbe an Nährstoffen angereichertes Wasser zurück in den Küstenozean strömt, wo die rezirkulierten Nährstoffe zur Primärproduktion genutzt werden. Durch mikrobielle Abbauprozesse entwickeln sich Redoxgradienten, die den Porenwasser-Chemismus prägen. Strände können sich außerdem in einer Mischzone zwischen süßem Grundwasser und Salzwasser befinden (subterranes Ästuar), sodass Salinitätsgradienten die Sediment-Porenwasser-Interaktion beeinflussen. Süßwasser ist zudem eine Quelle für terrestrische gelöste Stoffe. Um die globale Rolle von Strandsystemen in Bezug auf Kohlenstoff-, Nährstoff- und Metallzyklen verstehen zu können, ist es notwendig, biogeochemische Prozesse in Strandsedimenten detailliert und an verschiedenen Stränden weltweit zu untersuchen. Da in diesem Forschungsbereich nur wenige Studien existieren und insbesondere die Quellen- oder Senkenfunktion dieser Systeme bezüglich redoxsensitiver Metalle noch weitgehend unbekannt ist, wird dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Metallzyklen in solchen Systemen liefern. Wir planen, biogeochemische Prozesse in den subterranen Ästuaren von zwei kontrastierenden Strandsystemen auf den Inseln Spiekeroog (NW Deutschland, mesotidal, siliziklastisch) und Mallorca (Spanien, mikrotidal, carbonatisch) zu untersuchen. Es sollen Hauptionen, DOC, O2, H2S, Nährstoffe (N, P, C, Si) und Spurenmetalle (Mn, Fe, U, Mo, V, Re) sowie Fe-Isotopenverhältnisse im Strandporenwasser analysiert werden. Wir planen ebenfalls die Sedimentzusammensetzung zu charakterisieren, da diese die Porenwasserzusammensetzung maßgeblich beeinflusst. An beiden Standorten sollen Transekte zwischen Düne und Niedrigwasserlinie bis in 5 m (Spiekeroog) bzw. 2 m (Mallorca) Tiefe hochaufgelöst beprobt werden. Der Fokus des Projekts liegt darin, Redox- und Salinitätsgradienten zu identifizieren sowie deren Auswirkungen auf die Porenwasserzusammensetzung zu interpretieren. Hydrochemische Modellierung anhand der erhobenen Daten soll zu einem besseren Verständnis der Effekte der Mischung von Grundwässern unterschiedlicher Zusammensetzung beitragen. Es sollen quantitative Aussagen zur Quellen- oder Senkenfunktion der Strände bezüglich essentieller Nährstoffe und redoxsensitiver Metalle erarbeitet werden. Fe-Isotopenverhältnisse dienen dazu, das limitierte Wissen über den Fe-Kreislauf in subterranen Ästuaren zu erweitern und die Fe-Isotopensignatur des Porenwasserflusses aus diesen Systemen besser zu definieren. Weiterhin wird diese Studie eine solide Datenbasis für die Modellierung des Porenwasser-Austroms von einzelnen Elementspezies aus permeablen Sedimenten in den Küstenozean liefern.
The digital terrain model of waterways for the estuary of river Elbe (DGM-W 2016) in high resolution based on airborne laser scanning and echo sounder data is produced and published by the German Federal Waterways and Shipping Administration (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes, WSV). The data includes the Outer Elbe and the tidally influenced side branches of the Elbe estuary upstream to the town Geesthacht. The data is available in a raster resolution of 1 meter. Coordinate reference system: EPSG 25852, ETRS89 / UTM Zone 32N Elevation reference system: DHHN92, NHN Survey methods: Airborne laser scanning (ALS) 02. - 04.2016 Multibeam echo sounder, single beam echo sounder 2015-2017 It is strongly recommended to use the data source map for quality assessment.
Norden. Der Küstenschutz steht angesichts der Klimakrise und des prognostizierten Meeresspiegelanstiegs weiterhin vor enormen Herausforderungen. 14 Prozent der Landesfläche Niedersachsens und 1,1 Millionen Menschen sind unmittelbar auf eine funktionierende Küstenschutzlinie angewiesen und bei einem erwarteten Anstieg des Meeresspiegels direkt betroffen. Experten des Weltklimarates IPCC gehen von einem Anstieg zwischen 60 und 110 Zentimetern bis zum Ende dieses Jahrhunderts aus. Hunderte Kilometer Deich allein an der niedersächsischen Küste müssen daher in den kommenden Jahrzehnten entsprechend erhöht werden, in die Jahre gekommene Sperrwerke und andere Bauwerke modernisiert werden. Küstenschutz wird deshalb eine Daueraufgabe bleiben, so Klimaschutzminister Christian Meyer: „Wir lassen beim Küstenschutz nicht nach und stärken ihn weiter, denn die Meeresspiegel steigen weiter an – und wir müssen die Menschen bestmöglich schützen, die hinter den Deichen leben und arbeiten.“ Der Küstenschutz steht angesichts der Klimakrise und des prognostizierten Meeresspiegelanstiegs weiterhin vor enormen Herausforderungen. 14 Prozent der Landesfläche Niedersachsens und 1,1 Millionen Menschen sind unmittelbar auf eine funktionierende Küstenschutzlinie angewiesen und bei einem erwarteten Anstieg des Meeresspiegels direkt betroffen. Experten des Weltklimarates IPCC gehen von einem Anstieg zwischen 60 und 110 Zentimetern bis zum Ende dieses Jahrhunderts aus. Hunderte Kilometer Deich allein an der niedersächsischen Küste müssen daher in den kommenden Jahrzehnten entsprechend erhöht werden, in die Jahre gekommene Sperrwerke und andere Bauwerke modernisiert werden. Küstenschutz wird deshalb eine Daueraufgabe bleiben, so Klimaschutzminister Christian Meyer: „Wir lassen beim Küstenschutz nicht nach und stärken ihn weiter, denn die Meeresspiegel steigen weiter an – und wir müssen die Menschen bestmöglich schützen, die hinter den Deichen leben und arbeiten.“ Dafür stehen in diesem Jahr mehr als 81 Millionen Euro für Küstenschutzmaßnahmen zur Verfügung. Zusätzlich sind für die Folgejahre bereits weitere Mittel in Höhe von 45,9 Millionen Euro per Verpflichtungsermächtigung verteilt. Insgesamt finanziert Niedersachsen gemeinsam mit dem Bund damit eine Rekordsumme von 126,9 Millionen Euro in 156 Maßnahmen an der niedersächsischen Küste, auf den ostfriesischen Inseln, sowie den Mündungen von Ems, Weser und Elbe. Damit konnten weitestgehend alle vom Bund und vom Land Niedersachsen bereitgestellten Haushaltsmittel aus der sogenannten „Gemeinschaftsaufgabe zur Verbesserung der Agrarstruktur und des Küstenschutzes“ (GAK) und aus dem „Sonderrahmenplan Küstenschutz“ an Vorhaben des Insel- und Küstenschutzes gebunden werden. „Ich bin der gesamten Landesregierung sehr dankbar, dass sie dem Hochwasser- und Küstenschutz personell und finanziell oberste Priorität einräumt“, so der Minister, „denn wir alle haben noch das flächendeckende Weihnachtshochwasser 2023/2024 aber auch massive Sturmfluten und Schäden an den ostfriesischen Inseln vor Augen.“ Zusammen mit der Direktorin des Niedersächsischen Landesbetriebs für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN), Anne Rickmeyer, hat der Minister am (heutigen) Mittwoch das „Bau- und Finanzierungsprogramm Küstenschutz“ für das laufende Jahr vorgestellt. „Hochwasser- und Küstenschutz ist und bleibt eine Daueraufgabe“, so NLWKN-Direktorin Rickmeyer. „Im Namen des NLWKN möchte ich mich nochmals bedanken, dass für dieses wichtige Aufgabenfeld zusätzliche Stellen bei uns im Landesbetrieb geschaffen wurden. Im Küstenschutzprogramm sind künftig große Projekte mit zum Teil erheblichem Finanzvolumen anzuschieben. Dafür braucht es neben den bereitgestellten Geldern auch entsprechende Fachkräfte. Engagierte Menschen für diese wichtigen und sinnstiftenden Aufgaben zu gewinnen, wird zunehmend schwierig. Die zusätzlichen, unbefristeten Stellen könnten hier ein wichtiger Anreiz sein.“ Der Großteil der Mittel geht an die Deichverbände, sie bekommen rund 59,1 Millionen Euro für die Umsetzung ihrer Maßnahmen – 15 Prozent mehr als im vergangenen Jahr. Das restliche Geld fließt in staatliche Küstenschutzmaßnahmen: Rund neun Millionen Euro werden zur Sicherung der Ostfriesischen Inseln (hier: Sandaufspülungen auf Langeoog und Norderney) verwendet. Außerdem fließt Geld in planerische Vorhaben wie beispielsweise die Überarbeitung des Generalplans Küstenschutz für den Bereich Festland. „Und wir blicken schon heute auf morgen und legen den finanziellen Grundstein für künftige Maßnahmen“, so Küstenschutzminister Meyer. So sind beispielsweise die Deichnacherhöhungen an der Elbe auf Krautsand bzw. in Hinterbrack oder im Bereich des Klosters Blankenburg an der Hunte bis zum Jahr 2027 abgesichert. Auch ist das Mitdenken des Naturschutzes am sensiblen Lebensraum Wattenmeer und den Ästuaren selbstverständlich. Mit einem ökologischen Sedimentmanagement und der Herstellung von zusätzlichen Salzwiesen kann umweltfreundlich und klimaschonend wertvolles Material für die Deichverstärkungen mit kurzen Transportwegen erzeugt werden. Auch sind grüne Deiche mit Schafbeweidung und möglichst wenig Einbauten aus Stahl oder Beton vorzugswürdig und Standard im Küstenschutz. Mit Blick auf zusätzlich beim NLWKN geschaffene Stellen warben Minister Meyer und NLWKN-Direktorin Rickmeyer um Fachkräfte im Küstenschutz: „Für die Menschen an der Küste zu arbeiten und deren Leben, Hab und Gut zu schützen ist eine wichtige Daueraufgabe. Wir suchen engagierte Menschen für den Klimaschutz und die Anpassung an die Klimakrise. Der NLWKN bietet bereits heute zum Beispiel mit Stipendien für die Studiengänge Bau- und Umweltingenieurwesen entsprechende Anreize“, so Rickmeyer.
Im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks engagiert sich die BAW gemeinsam mit weiteren Ressortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des BMVI, um fach- und verkehrsträgerübergreifende Lösungen für die drängenden Verkehrsfragen der Zukunft aufzuzeigen (www.bmvi-expertennetzwerk.de). Ein Fokusgebiet ist dabei der Küstenbereich mit seinen Seehafenzufahrten, denn infolge des zunehmenden Welthandels hat der Seehandel in der heutigen Zeit der Globalisierung eine größere Bedeutung als je zuvor. Internationale Seehäfen, wie zum Beispiel der Hamburger Hafen, bilden im Seehandel wichtige Knotenpunkte. Der Hamburger Hafen ist mit einem Seegüterumschlag von 137 Millionen Tonnen pro Jahr der größte Seehafen Deutschlands. Von hier werden Güter in die ganze Welt verschifft bzw. auf der Schiene, Straße und Wasserstraße nach ganz Deutschland und Europa weitertransportiert. Durch den Klimawandel werden sich für den Betrieb und die Unterhaltung von Seehäfen und Seehafenzufahrten äußere Einflüsse, wie zum Beispiel der Meeresspiegel, ändern. Für strategische und langfristige Investitionsentscheidungen hinsichtlich der Hafeninfrastruktur entstehen dadurch wichtige Fragen. Wie werden sich Meeresspiegelanstieg und andere klimawandelbedingte Änderungen auf die Seehäfen auswirken? Kann die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs sowie die Erreichbarkeit der Häfen in Zukunft gewährleistet werden? Welche Anpassungsmaßnahmen sind gegebenenfalls notwendig und nachhaltig? Mit diesen und anderen Fragen befasst sich die BAW am Standort Hamburg im Rahmen des Expertennetzwerkes. Mithilfe eines hochaufgelösten dreidimensionalen numerischen Modells der Deutschen Bucht werden komplexe Prozesse wie die Tidedynamik sowie der Transport von Salz, Wärme und Sedimenten für heutige und mögliche zukünftige Verhältnisse simuliert. Das Modellgebiet umfasst die gesamte deutsche Nordseeküste und die Ästuare von Ems, Jade-Weser und Elbe. Das Expertennetzwerk ist auch im Hinblick auf die Novellierung des Gesetzes zur Umweltverträglichkeitsprüfung bedeutend. Im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung müssen künftig sowohl die Anfälligkeit des geplanten Vorhabens gegenüber den Folgen des Klimawandels als auch die Auswirkungen des Vorhabens auf das Klima auf Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse gerichtsfest untersucht werden. Dies kann nur in behördenübergreifender Zusammenarbeit geleistet werden. Wie dringend der Forschungsbedarf für die Seeschifffahrt ist, zeigt die Situation am Hamburger Hafen. Die Zufahrt zum Hamburger Hafen erfolgt entlang des Elbeästuars. Da die Flutstromgeschwindigkeiten in vielen Bereichen des Elbeästuars höher als die Ebbestromgeschwindigkeiten sind, ist der stromaufgerichtete Sedimenttransport im Mittel größer als der stromabgerichtete Sedimenttransport. Es wird mehr Sediment aus der Nordsee in das Elbästuar eingetragen als ausgetragen. (Text gekürzt)
Zur Halbzeit eines BAW-Forschungsprojektes zum 'Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der Deutschen Bucht' werden erste Ergebnisse sichtbar. Transportprozesse im Wandel der Zeitläufe: Wie werden sich die Watten und Vorländer der deutschen Nordseeküste anpassen, sollte in Folge des Klimawandels der Meeresspiegel steigen? Eine Antwort auf diese Frage ist nicht nur für die Sicherheit der Seedeiche bedeutsam, sondern auch für die Zufahrten zu den Seehäfen. Einerseits beeinflusst das Flachwasser im Ästuarbereich maßgebend das Tide- und Sedimentregime in den Tideflüssen und hat somit Auswirkungen auf die zukünftige Unterhaltung der Seehafenzufahrten. Zum anderen hat sich gezeigt, dass in einer Betrachtung über Jahrzehnte hinweg die kleinräumigen Transportprozesse in der Deutschen Bucht und in den Außenbereichen der Ästuare auch durch die Transportprozesse, die in der gesamten Nordsee stattfinden, mitgeprägt werden. Die Dimension dieser weiträumigen Transportprozesse in der Nordsee wird in der Satellitenaufnahme der oberflächennahen Ausbreitung der Schwebstofffahnen aus den Ästuarmündungen deutlich (Bild 1). Allerdings entzieht sich dieses Phänomen noch weitgehend der fachwissenschaftlichen Betrachtung, denn über die tatsächlichen Transportprozesse in der Nordsee, zumal in der Deutschen Bucht, ist wenig bekannt: Es fehlen zum Beispiel grundlegende, flächendeckende Informationen über das anstehende Material an der Gewässersohle, über den Bodenaufbau oder über die relevanten Kräfte, die den Transport antreiben, wie Wind und Seegang. Und schließlich fehlen die geeigneten Werkzeuge, um die komplexen Transportprozesse berechnen zu können. BAW hat Federführung bei Forschungsprojekt: Im Rahmen eines im Wettbewerb ausgeschriebenen Forschungsschwerpunktes des Kuratoriums für Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI) konnte sich die BAW mit einem Forschungsantrag zum Thema 'Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der deutschen Bucht (AUFMOD)' durchsetzen. An dem Projekt unter Federführung der BAW beteiligen sich weitere neun Kooperationspartner. Gestartet Ende 2009, läuft die Förderung zunächst bis 2012 (siehe: www.kfki.de/prj-aufmod/de).
Zweck und Ziel: Mit den Untersuchungen sollen in Aestuarien die Einfluesse der Gezeiten, der morphologischen Struktur und der Meteorologie (Wind) auf die Transport- und Vermischungsvorgaenge aufgezeigt werden, wobei eine qualitative und quantitative Erfassung lokaler hydrodynamischer Vorgaenge angestrebt wird. Besondere Aufmerksamkeit richtet sich hierbei auf die Laengsvermischung in den Rinnen und die Quervermischung mit den seitlich angrenzenden Flachwasserzonen. Die vorgesehenen Messungen, die in der Jade und im Weseraestuar erfolgen sollen, dienen der Gewinnung von Basisdaten fuer mathematische Modelle. Ausfuehrung: Meteorologische Daten werden in den Sommer- und Herbstmonaten in der Naehe des Leuchtturms Hoher Weg von einer auf Magnetband registrierenden Messeinrichtung erfasst. Temperatur- und Stroemungsmessungen erfolgen im umliegenden Aestuargebiet. Ergaenzend dazu werden kombinierte Quer- und Laengsprofile (Temperatur, Leitfaehigkeit und Sauerstoffgehalt) in Jade und Weser aufgenommen. Ergebnisse: Durch die Laengs- und Querprofilmessungen konnten ueber die zeitlich und oertlich in ihren Auswirkungen veraenderlichen Einflussgroessen, wie industrielle Waermeeinleitungen, Waermeaustausch mit der Atmosphaere sowie seeseitiger An- und Abtransport von Waerme, mannigfaltige Informationen gewonnen werden. Die langjaehrigen Messungen im Weser-Aestuar und in der Jade lieferten insbesondere Erkenntnisse ueber die Groessenordnung der einzelnen Transportvorgaenge.
Einrichtung eines Dauermessprogramms, um die wichtigsten Schadstoffe, ihre Konzentrationen und ihre Verteilung in den Kuestengewaessern systematisch zu erfassen. Das Dauermessprogramm sieht Untersuchungen in den Brackwasserzonen der Aestuarien und in den inneren Kuestengewaessern vor. Es sind Teilmessnetze im Muendungsbereich der Tidefluesse vorgesehen. Die Teilmessnetze umfassen Messstationen, auf denen die zur Zeit zuverlaessig messbaren physikalischen und chemischen Parameter gemessen und oertlich registriert werden und Messstellen, an denen chemische und biologische Werte durch regelmaessige Messfahrten und Probenahmen erfasst werden. Ausserdem werden im Teilmessnetz weitere physikalische und hydrologische Parameter zeitweise erfasst.
Im Rahmen des Projekts werden Methoden erarbeitet, mit deren Hilfe die Konzentrationen und Frachten potentieller Schadstoffe (speziell Spurenmetalle) in einem Aestuar erfasst werden koennen. Chemische Analytik, Einfluss der Probennahme von Wasser, Schwebstoffen, Sedimenten, Pflanzen und Tieren sowie Erfassung hydrologischer Parameter im Aestuarbereich bilden Bestandteile des Programms. Die Untersuchungen im EMs-Aestuar wurden auf der Basis des Routinemessprogrammes der Bund/Laender-Arbeitsgruppe 'Nordsee-Kuestengewaesser' fortgesetzt. Die vorgesehenen Messfahrten konnten planmaessig und in vollem Umfang durchgefuehrt werden.
Eine Bilanzierung des Schwermetalleintrags vom Land ueber die Kuestengewaesser wird angestrebt. Im speziellen soll zuerst der Verbleib von Schwermetallen in den Sedimenten des Aestuarbereichs untersucht werden, wobei das Ems-Aestuar besondere Beachtung findet. Zu diesem Zwecke werden Sedimentproben aus dem gesamten Aestuarbereich von der Suesswassergrenze bis zur freien See (Inselkette) auf ca. 10 bis 15 umweltrelevante Spurenmetalle untersucht. Die der Neutronenaktivierungsanalyse nicht oder nur schwer zugaenglichen Metalle (Cu, Pb, Ni) werden mittels Roentgenfluoreszenz analysiert. Teilaufgaben des Vorhabens betreffen die Erfassung evtl. laengerfristiger Trends der Schwermetallbelastung der Sedimente (Monitorfunktion) sowie die quantitative Verteilung auf die einzelnen Korngroessenfraktionen.
Die Flusssysteme Amazonas und Rio Pará tragen das größte Volumen an Süßwasser in den Ozean ein und bilden eine wichtige Schnittstelle für den Eintrag von Spurenmetallen und gelösten organischen Stoffen (DOM) vom Land in den Ozean. Neben der Bedeutung des Amazonas für den globalen Spurenmetallhaushalt des Ozeans hat sein Mikronährstoff-Eintrag auch einen großen Einfluss auf die biologische Produktivität der Küsten- und Schelfregion und darüber hinaus. Das Hauptziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, die Rolle der chemischen Speziation und der physiko-chemischen Größenfraktionierung von Spurenmetallen im Mischungskontinuum dieser Flüsse zum Atlantik zu verstehen. Wir werden die Wechselwirkungen von Spurenmetallen mit DOM und Kolloiden in der Wassersäule und den Oberflächensedimenten der Amazonas- und Pará-Mündung und der damit verbundenen Mischungsfahne sowie des Mangrovengürtels mit Grundwassereintrag südöstlich des Rio Pará untersuchen. Basierend auf Proben, die während der Forschungsfahrt M147 in der Hochwasserperiode 2018 genommen wurden, und vorläufigen Daten, die in unserem Labor erzeugt wurden, werden wir Veränderungen der Spurenmetallverteilungen und -speziationen in der Amazonas-Region entlang der Salzgradienten untersuchen. Um zu beurteilen, was die chemische und physikalische Speziation und den Transport von Spurenmetallen im Ästuar und in der Abflussfahne kontrolliert, werden wir uns auf drei verschiedene Prozesse konzentrieren: • Größenfraktionierung, Sorption und Entfernung von Spurenmetallen: Sorption von Spurenmetallen an Flusspartikeln und Ausfällung durch Koagulation von Kolloiden und Größenfraktionierung; wie verändert sich die Assoziation von Spurenmetallen mit verschiedenen löslichen, kolloidalen und partikulären Fraktionen entlang des Salzgehaltsgradienten?• Lösungskomplexierung: Bildung von löslichen metall-organischen Komplexen; wie verstärkt dieser Prozess den Metalltransport durch Konkurrenz mit Sorption an Kolloiden und Ausfällung? • Akkumulation von Spurenmetallen in Sedimenten: wie wirken die Sedimente als Senke und Quelle von Spurenmetallen, und können Oberflächensediment und Porenwasser zu den Spurenmetallflüssen in der Region beitragen? Zusätzlich zu den voltammetrischen und ICP-MS-Analysen der M147-Proben werden wir eine systematische Untersuchung des Mischungsverhaltens verschiedener Elementgruppen (konservativ, partikel-reaktiv und organisch-komplexiert) durchführen, indem wir Labor-Mischungsexperimente mit Meer- und Flusswasser-Endgliedern durchführen, die während der anstehenden Fahrt M174 im Amazonasgebiet genommen werden. Damit erwarten wir, ein ganzheitliches Bild der komplexen Prozesse der Spurenmetall-Biogeochemie und der Elementflüsse in diesem größten Mündungssystem der Welt zu erhalten. Dieses Wissen wird auch wichtig sein, um mögliche Auswirkungen in diesem Gebiet aufgrund der anhaltenden anthropogenen Einflüsse in dieser Region und der sich ändernden klimatischen Bedingungen vorherzusehen.
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