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Nds. Landschaftsprogramm (Karte 2): Übergangsgewässer bzw. Ästuare gemäß WRRL

Übergangsgewässer gemäß Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) sind die Oberflächenwasserkörper in der Nähe von Flussmündungen, die aufgrund ihrer Nähe zu den Küstengewässern einen gewissen Salzgehalt aufweisen, aber im Wesentlichen von Süßwasserströmungen beeinflusst werden. Sie gehören zu den landesweit bedeutsamen Gewässern. Karte 2 „Schutzgüter Boden und Wasser“ des Landschaftsprogramms stellt die aus landesweiter Sicht bedeutsamen Bereiche für die Schutzgüter Boden und Wasser dar. Die schutzwürdigen Böden außerhalb der Siedlungsfläche umfassen die Böden mit besonderen Werten, Böden mit hoher natürlicher Bodenfruchtbarkeit sowie Moorböden und kohlenstoffreiche Böden gemäß Programm Nds. Moorlandschaften. Die landesweit bedeutsamen Gewässer setzen sich aus den Fließgewässern für die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie, den Laich- und Aufwuchsgewässern, den überregionalen Wanderrouten für die Fischfauna, den Küsten-, Übergangs- und Stillgewässern sowie den Gewässerauen gemäß Aktionsprogramm Nds. Gewässerlandschaften zusammen. Quellennachweis: © 2025, daten@nlwkn.niedersachsen.de

Auswirkungen physikalisch-ozeanographischer Extremereignisse auf Ökosystemdienstleistungen im Elbe-Ästuar-Küstensystem, Vorhaben: Risikoverständnis, Ökosystemdienstleistungen und Akteurseinbindung

Modellierung von Strömungen über Bodenformen in Tidegebieten

Das Ziel dieses Projekts besteht in der Analyse der Strömungsmuster über subaquatischen Bodenformen in Tidegebieten mit Hilfe hochauflösender numerischer Modelle. In Flüssen, nahe der Küsten und in größeren Tiefen sind Bodenformen weit verbreitet und reflektieren Strömung und Sedimenttransportwege, während sie gleichzeitig einen starken Effekt auf die Strömung ausüben. Diese Effekte sind darüber hinaus von hoher sozio-ökonomischer Bedeutung, z.B. hinsichtlich der Schiffbarkeit von Flussmündungen und der Sicherheit von Offshore-Konstruktionen. Bedingt durch Hydrodynamik und dem Vorkommen sandiger Sedimente sind flache Tidegebiete durch die Entwicklung großer Felder komplexer Bodenformen gekennzeichnet. Strömungsmuster über diesen Bodenformen unterscheiden sich grundsätzlich von Strömungen über gleichmäßigen, idealisiert zweidimensionalen (2D) Bodenformen, die in Strömungskanälen und numerischen Modellen bisher betrachtet werden. Natürlichen Bodenformen sind dagegen intrinsisch dreidimensional (3D) mit komplexen Profilen, gekennzeichnet durch geschwungene Dünenrücken, Kolke, Bifurkationen, Diskontinuitäten und niedrige Leewinkel. In Küstengebieten sorgt die tidebedingte Strömungsumkehr für zusätzliche Komplexität in der Interaktion zwischen Bodenformen und Hydrodynamik. Die entsprechenden Strömungsmuster sind weitgehend unbekannt, insbesondere der Einfluss der Dreidimensionalität der Bodenformen auf die Gezeitenströmung, auch bedingt durch die Schwierigkeit, Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenz synoptisch mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung zu messen. Im Rahmen der hier beschriebenen Studie wird ein dreidimensionales Transportmodell mit dem Modellsystem Delft3D erstellt, um Strömungen in natürlichen Bodenformfeldern mit entsprechend charakteristischer Morphologie zu simulieren. Dazu soll ein bestehendes und zur Simulierung von 2D Bodenformen genutztes Modell erweitert und zur Analyse der Strömungen über 3D Bodenformen verwendet werden. Mit diesem neuen Modell wird zum ersten Mal ermöglicht, Strömungsmuster und Turbulenz über natürlichen Bodenformfeldern unter realistischen Bedingungen, insbesondere unter Berücksichtigung der Umkehr der Gezeitenströmung, zu modellieren und den Einfluss einzelner morphologischer Elemente sowie deren Interaktion herauszuarbeiten. Diese Ergebnisse dienen schließlich der Optimierung und Parametrisierung kleinskaliger Teilprozesse in großmaßstäblichen hydro- und morphodynamischen Modellsystemen.

Sedimentbewegungen in der Deutschen Bucht

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).

Wechselwirkungen von Spurenmetallen mit gelösten organischen Stoffen und Kolloiden in den Mündungsgebieten des Amazonas und des Rio Pará und der zugehörigen Flussfahnen als Schlüsselprozesse für den Spurenmetallfluss in den Atlantik

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.

Flussmündung Mischung: Hydrodynamische Nahfeldkontrolle des intermodalen Verhaltens und deren Auswirkungen auf die Fischökologie

Flussmündungen sind wichtige Knotenpunkte fluvialer Netzwerke und Hotspots der Biodiversität in Süßwasserökosystemen. Die Strömungsmuster an Flussmündungen sind sehr heterogen und produzieren komplexe Muster innerhalb der Durchmischungsbereiche, die durch intermodales Verhalten gekennzeichnet sind. Die Gesamtdurchmischungsrate, die den Grenzbereich bestimmt, hat erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung potentiell schädlicher Stoffe, Wassertemperatur, Sedimente und Biota. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten zielen darauf ab, das Wissen zur Durchmischung an Einmündungen zu verbessern, indem sie einen grundlegenden, theoriegestützten Einblick in die Auswirkungen von Strahlbildung, Rückströmung und Fließgewässerregulierung auf das intermodale Verhalten an Grenzzonen und deren Auswirkungen auf die Fischökologie geben. In diesem Projekt werden komplexe Durchmischungszonen flacher, grobsubstratiger Flussabschnitte in einem breiten Gradienten hydrologischer Bedingungen direkt im Feld mittels Fernerkundung und Messtechnik bestimmt. Der Vergleich von Feldbeobachtungen mit der Theorie des intermodalen Verhaltens ermöglicht das Verständnis komplexer Durchmischungs-Dynamiken, welches anhand der Ergebnisse der Feldexperimente und numerischer Simulationen erweitert und validiert wird. Diese Experimente werden auch Informationen zum Schwimmweg von Fischen und deren Verhalten in Durchmischungszonen liefern. Diese Informationen dienen zusammen mit der Theorie der Durchmischungsprozesse der Entwicklung eines agentenbasierten Modells zur Simulation der Überlebensmöglichkeit von Fischen während einer Schadstoffpassage. Die Simulationen werden anhand der Ergebnisse einer Fischuntersuchung in einem regulierten Fluss validiert, dessen Ökosystem kürzlich einem Massenfischsterben ausgesetzt war. Die theoretischen und empirischen Ergebnisse unserer Studie werden zur Weiterentwicklung von Vorhersagemethoden verwendet basierend auf der Fernerkundung der Durchmischung in Flüssen.

Moderne Seespiegelschwankungen des Lake Abaya, Süd-Äthiopien - Die Analyse eines Process-Response-Systems im Wirkungsfeld zwischen Human Impact und natürlichen Wasserhaushaltsschwankungen

Gegenstand des Forschungsvorhabens sind die modernen Seespiegelschwankungen des Lake Abaya, eines Rift-Valleys-Sees im südlichen Äthiopien und die Erfassung des hierfür verantwortlichen Ursachengefüges. Die Seespiegelstände des Lake Abaya unterliegen seit 1989 einem kontinuierlichem Anstieg, während in demselben Zeitraum die jährlichen Abflussmengen der Tributäre abnehmen. Der natürliche Wasserhaushalt wird durch den seit Anfang der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts kontinuierlich zunehmenden Bevölkerungsdruck und der damit einhergehenden Intensivierung der Landnutzung und der hieraus resultierenden drastischen Zunahme der Bodenerosion überprägt. Die raum-zeitliche Bewertung der Abflussbildungs- und Erosionsprozesse im Einzugsgebiet erfordert zunächst die Bilanzierung des Sedimentationsverhaltens, vorgenommen mit Hilfe sedimentologischer Analyse von Delta- und Schwemmfächerablagerungen. Die Datierung dieser sehr jungen Sedimente erfolgt mit Hilfe der Analyse der radioaktiven Isotope 137Cs und 210Pb. Gleichzeitig soll anhand des organischen Pollutants DDT und seiner metabolisierten Abbauprodukte DDE und DDD eine alternative Möglichkeit der Altersdatierung dieser sehr jungen Sedimente überprüft werden. Der sich in Raum und Zeit verändernde Einfluss des Menschen auf den Landschaftshaushalt wird für den Zeitraum ab 1981 über die Veränderungen des Vegetationsbedeckungsgrades (NVDI) auf der Grundlage von NOAA-AVHRR Bilddaten erfasst. Durch Einbeziehung von Zensusdaten dienen die NDVI-Daten dann als Grundlage einer räumlichen Gewichtung des Landnutzungsverhaltens. Die Verknüpfung dieser Datenreihen mit den Analysen des aktuellen Wasser- und Schwebstoffhaushaltes unter Einbeziehung der Klimamessreihen erlaubt schließlich die Modellierung des Wasser- und Schwebstoffhaushaltes für die letzten 20 Jahre des 20. Jahrhunderts. Unter Einbeziehung der Ergebnisse der Sedimentanalyse in diese Modellierungsansätze sollen so schließlich für das 20. Jahrhundert der Wasserhaushalt, der Schwebstoffhaushalt und die Bodenerosionsgefährdung in Raum und Zeit modelliert werden.

Seminar - Historische Dimension des Natur- und Umweltschutzes an der Odermuendung (deutsch-polnisch)

Arsenmobilisierung im Grundwasser durch mikrobielle Eisen(III)-Reduktion in Verbindung mit Methanoxidation im dem Delta des Roten Flusses in Vietnam

Geogene Arsenverunreinigung (As) ist ein Problem in vielen Aquiferen in Südostasien und stellt eine Bedrohung für die Gesundheit von Millionen von Menschen dar. Das Verständnis der Mechanismen, die die As-Freisetzung im Grundwasser steuern, ist entscheidend, aber aufgrund der komplexen mineralogischen, geochemischen und hydrologischen Bedingungen oft begrenzt. Die reduktive mikrobielle Auflösung von As-haltigen Eisen(Fe)(III)-(Oxyhydr)oxid-Mineralen gekoppelt an die Oxidation von natürlichem organischen Material (NOM) ist ein bekannter Mechanismus für die As-Mobilisierung im Grundwasser. In den letzten Jahren wurden in verschiedenen Arsen-kontaminierten Aquiferen erhöhte Konzentrationen von gelöstem Methan (CH4) detektiert; das gelöste As korrelierte dabei direkt mit CH4 und Fe(II) im Grundwasser. Diese Ergebnisse werfen die Frage auf, ob CH4 als Elektronendonor für die mikrobielle Reduktion von As-haltigen Fe(III)-Mineralen dienen kann. Untersuchungen in unserem vorigen, DFG-Projekt "AdvectAs" haben Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Fe(III)-abhängiger anaerober Oxidation von CH4 (AOM) und Mobilisierung von As im Red River Delta (Vietnam) geliefert. Mehrere Fragen blieben aber unbeantwortet: i) In welchem Ausmaß trägt Fe(III)-abhängige AOM zur As-Mobilisierung an verschiedenen Standorten im Red River Delta bei? ii) Welches sind die wichtigsten Stoffwechselwege und aktiven mikrobiellen Gemeinschaften in Aquiferen, in denen Fe(III)-abhängige AOM vorkommt? iii) Welche Identität haben die Mikroorganismen, die für die Fe(III)-abhängige AOM verantwortlich sind? Können wir sie isolieren? iv) Welche Gene und Stoffwechselwege tragen zur Fe(III)-abhängigen AOM in angereicherten Kulturen bei? Daher ist das Hauptziel dieses Projekts, die Rolle der Fe(III)-abhängigen AOM für die As-Mobilisierung im Red River Delta zu untersuchen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir biogeochemische Analysen und molekularbiologische (Omics)Methoden einsetzen. Das Projekt ist in sechs Arbeitspakete (WPs) unterteilt. In den WPs 1 und 4 werden Feldkampagnen zur Probenahme durchgeführt, gefolgt von der Charakterisierung geochemischer Parameter und mikrobieller Gemeinschaften in Grundwasser und Sedimenten. WPs 2 und 5 werden sich auf die Isolierung von Fe(III)-abhängigen AOM-Mikroorganismen, die Charakterisierung ihrer Substratprofile und die Aufklärung der Stoffwechselwege und Genexpressionen der angereicherten Kulturen oder Isolate konzentrieren. WPs 3 und 6 werden die CH4-Oxidationsraten unter verschiedenen geochemischen Bedingungen quantifizieren und Metagenomik (und, falls möglich, Metatranskriptomik) ausgewählter Sedimentproben anwenden, um die dominanten und aktiven Stoffwechselwege zu identifizieren, die die As-Mobilisierung an den Feldstandorten beeinflussen. Unsere Ergebnisse werden Aufschluss über die Bedeutung der Fe(III)-abhängigen AOM zur As-Mobilisierung geben und zu unserem Verständnis der globalen Methanreduktion durch Fe(III)-abhängige AOM beitragen.

Jungquartäre Klima- und Landschaftsentwicklung im Werchojansker Gebirge und in der Zentraljakutischen Tiefebene

Ziel des Vorhabens ist die Rekonstruktion der jungquartären Klima- und Landschaftsentwicklung des Werchojansker Gebirges und seines westlichen Vorlandes (NO-Sibirien). Im Vordergrund stehen folgende Fragen: (a) Wann war das Maximum der spätpleistozänen Vergletscherung? (b) Herrschte im Interstadial der letzten Kaltzeit (40-30 ka) ein warm-feuchtes Klima, welches möglicherweise die Zhiganskvergletscherung begünstigte? (c) War die mittelpleistozäne Samarov-Vergletscherung tatsächlich schwächer als das Maximum während des Spätpleistozäns? (d) Was war die Ursache für den Süßwasserzustrom aus Lena und Jana in die Laptevsee am Ende des Pleistozäns (Bölling/Alleröd)? Das Projekt wird von einem deutsch-russischen Team interdisziplinär (Paläoklimaforschung, Quartärgeologie, Geomorphologie, Geokryologie, Bodengeographie und Paläopedologie) durchgeführt. Ausgehend von der rezenten Vergletscherung im westlichen Werchojansker Gebirge werden die geomorphologischen, geokryologischen und bodengeographisch-paläopedologischen Befunde entlang ausgewählter Transsekte bis zu den Terrassen der Flüsse Lena und Aldan hin erfasst. Mit Hilfe absoluter und relativer Methoden wird die Chronologie der Gletschervorstöße und Klimaschwankungen erfasst. In der Synthese werden diese Befunde mit denen benachbarter Regionen verglichen.

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