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Innovative Ansätze zur Verbesserung des Kohlenstoffspeicherpotenzials von Vegetationsküstenökosystemen, Vorhaben: Fernerkundungsbasiertes Monitoring von Küstenökosystemen

TrilaWatt Use-Case: Habitatkalkulator

In diesem Use-Case wird die Entwicklung eines Web-Tools für eine webbasierte Berechnung von Parameterschnittmengen zur Abschätzung von potentiellen Habitaten im Wattenmeer dargestellt. Eine Parameterschnittmenge beschreibt, welcher Wertebereich unterschiedlicher Parameter an welchem Ort gleichzeitig gültig ist. Falls ein Habitat sich beispielsweise durch geringe Wassertiefen, definierte Salzgehalte und bestimmte Bodenschubspannungen auszeichnet, können mittels der Schnittmenge eben genannter Parameter Bereiche identifiziert werden, die diese Bedingungen erfüllen. Ein Habitatkalkulator, bzw. der TrilaWatt Parameterschnittmengenkalkulator (PANDA), wurde in TrilaWatt partizipativ mit Stakeholdern entwickelt und getestet, um so perspektivisch eine Hilfestellung für Habitatfragen im trilateralen Wattenmeer im Sinne eines Web-GIS Systems zu geben. Hierfür wurde eine prototypische Implementierung eines webbasierten Muschelpotentialkarten-WPS durch eine Auswahl von Parametern und Parametergrenzen dynamisch gestaltet, um so bspw. Lebensräume, oder auch Wattflächen aus TrilaWatt Daten filtern und exportieren zu können. Literatur: Aue, Hendrik; Wiemers, Sven; Trautwein, Simon; Lepper, Robert; Lehfeldt, Rainer (2024): Web-GIS gestützte Habitatklassifizierung. Vorstellung des Parameterschnittmengenkalkulators (PANDA). https://doi.org/10.18451/TRILAW_2024_06

Innovative Ansätze zur Verbesserung des Kohlenstoffspeicherpotenzials von Vegetationsküstenökosystemen, Vorhaben: Bewertung der potenziellen Ausdehnung der Küstenvegetation und der Kohlenstoffspeicherung anhand von Modellen und deren Rolle beim Monitoring

Seawater carbonate chemistry and distribution of coastal benthic foraminifera

Coastal ecosystems are subjected to both large natural variability and increasing anthropogenic impact on environmental parameters such as changes in salinity, temperature, and pH. This study documents the distribution of living benthic foraminifera under the influence of multiple environmental stressors in the Skagerrak-Baltic Sea region. Sediment core tops were studied at five sites along a transect from the Skagerrak to the Baltic Sea, with strong environmental gradients, especially in terms of salinity, pH, calcium carbonate saturation and dissolved oxygen concentration in the bottom water and pore water. We found that living foraminiferal densities and species richness were higher at the Skagerrak station, where the general living conditions were relatively beneficial for Foraminifera, with higher salinity and Ωcalc in the water column and higher pH and oxygen concentration in the bottom and pore water. The most common species reported at each station reflect the differences in the environmental conditions between the stations. The dominant species were Cassidulina laevigata and Hyalinea balthica in the Skagerrak, Stainforthia fusiformis, Nonionella aff. stella and Nonionoides turgida in the Kattegat and N. aff. stella and Nonionellina labradorica in the Öresund. The most adverse conditions, such as low salinity, low Ωcalc, low dissolved oxygen concentrations and low pH, were noted at the Baltic Sea stations, where the calcareous tests of the dominant living taxa Ammonia spp. and Elphidium spp. were partially to completely dissolved, probably due to a combination of different stressors affecting the required energy for biomineralization. Even though Foraminifera are able to live in extremely varying environmental conditions, the present results suggest that the benthic coastal ecosystems in the studied region, which are apparently affected by an increase in the range of environmental variability, will probably be even more influenced by a future increase in anthropogenic impacts, including coastal ocean acidification and deoxygenation.

Fish counts and species at and around artificially introduced tetrapod fields in the southern North Sea, 2024

With increasing global change, coastal protection measures are becoming increasingly important for preserving our coastal features and infrastructure. Coastal protection often comes in the form of artificial structures however, artificial structures can also appear as renewable energy projects, maritime infrastructure and aquaculture installations. The ecological effects of such structures on the natural surroundings remains largely unclear. 36 tetrapod structures (4-footed concrete breakwaters each weighing 2.8 t) in groups of six were added to the MarGate underwater experimental (see figure 1 in metadata description) area to the north of Helgoland, in the Southern North Sea, in 2009 at 5 and 10 m water depth. The 5 m fields TN5 (North), TM5 (Middle) and TS5 (South) have been monitored monthly, since their introduction, with respect to the abundance, species composition and size of the associated biota community. By carrying out this monitoring project, we aim to study the long-term effects of artificial structures on the local biotic community in shallow coastal ecosystems. Line transect based visual fish census conducted by trained scientific divers is used to survey the fish communities in the vicinity of each tetrapod field. Data collection is communicated by the diver via voice communication of the surface and noted directly in the standardized protocol together with metadata on algae coverage other environmental parameters. Further details regarding the sampling design can be found in the metadata section "Survey Design and Sampling Methodology". Survey Design and Sampling Methodology At each tetrapod field (TN5, TM5, and TS5), four permanent 20-meter transect lines were established in the cardinal directions (figure 1): North (N), East (O), South (S), and West (W). Each transect was marked at intervals of 0, 5, 10, 15, and 20 meters from the respective outer edge of the tetrapod field. At each of these five counting stations along the transects, fish were surveyed within a 2 m² area — 1 m² to the left and 1 m² to the right of the transect line — totaling 10 m² per transect and 40 m² per field. For each observation, the following data were recorded: • Species identity, • Total number of individuals (abundance), • Individual total length (in cm). This standardized method resulted in a total surveyed area of 120 m² per counting event: • 3 tetrapod fields × 4 transect lines × 5 stations × 2 m² per station = 120 m².

Fish counts and species at and around artificially introduced tetrapod fields in the southern North Sea, 2023

With increasing global change, coastal protection measures are becoming increasingly important for preserving our coastal features and infrastructure. Coastal protection often comes in the form of artificial structures however, artificial structures can also appear as renewable energy projects, maritime infrastructure and aquaculture installations. The ecological effects of such structures on the natural surroundings remains largely unclear. 36 tetrapod structures (4-footed concrete breakwaters each weighing 2.8 t) in groups of six were added to the MarGate underwater experimental area to the north of Helgoland, in the Southern North Sea, in 2009 at 5 and 10 m water depth. The 5 m fields TN5 (North), TM5 (Middle) and TS5 (South) have been monitored monthly, since their introduction, with respect to the abundance, species composition and size of the associated biota community. By carrying out this monitoring project, we aim to study the long-term effects of artificial structures on the local biotic community in shallow coastal ecosystems. Line transect based visual fish census conducted by trained scientific divers is used to survey the fish communities in the vicinity of each tetrapod field. For this, four 20m long line transects are laid out permanently in the four cardinal directions, each marked at 0, 5, 10, 15 and 20 m distance to the tetrapod field. Data collection is communicated by the diver via voice communication of the surface and noted directly in the standardized protocol together with metadata on algae coverage other environmental parameters.

Fish counts and species at and around artificially introduced tetrapod fields in the southern North Sea, 2022

With increasing global change, coastal protection measures are becoming increasingly important for preserving our coastal features and infrastructure. Coastal protection often comes in the form of artificial structures however, artificial structures can also appear as renewable energy projects, maritime infrastructure and aquaculture installations. The ecological effects of such structures on the natural surroundings remains largely unclear. 36 tetrapod structures (4-footed concrete breakwaters each weighing 2.8 t) in groups of six were added to the MarGate underwater experimental area to the north of Helgoland, in the Southern North Sea, in 2009 at 5 and 10 m water depth. The 5 m fields TN5 (North), TM5 (Middle) and TS5 (South) have been monitored monthly, since their introduction, with respect to the abundance, species composition and size of the associated biota community. By carrying out this monitoring project, we aim to study the long-term effects of artificial structures on the local biotic community in shallow coastal ecosystems. Line transect based visual fish census conducted by trained scientific divers is used to survey the fish communities in the vicinity of each tetrapod field. For this, four 20m long line transects are laid out permanently in the four cardinal directions, each marked at 0, 5, 10, 15 and 20 m distance to the tetrapod field. Data collection is communicated by the diver via voice communication of the surface and noted directly in the standardized protocol together with metadata on algae coverage other environmental parameters.

Küsten-Niños im Pazifik - die Rolle des äquatorialen Wärmeinhaltes und Bezug zur Ausbreitung der Meeresoberflächentemperaturanomalien (PaCoNi)

Zu Beginn des Jahres 2017 sorgte eine starke Erwärmung des Wassers vor der peruanischen Küste im südöstlichen tropischen Pazifik für starke Niederschläge und Überschwemmungen in Peru und Ecuador und hatte schwerwiegende Auswirkungen auf das Ökosystem und die peruanische Gesellschaft. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, solche warmen Küsten-Niño-Ereignisse, die nicht mit beckenweiten Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im tropischen Pazifik zusammenhängen, besser zu verstehen. Neuere Arbeiten der Antragstellerin weisen darauf hin, dass es für den Zusammenhang zwischen SST-Anomalien im küstennahen und zentralen äquatorialen Pazifik von zentraler Bedeutung ist, ob sich der äquatoriale Pazifik in einer Phase mit hohem oder geringen Wärmeinhalt befindet. Diese Hypothese soll in dieser Studie mit gezielten Klimamodellexperimenten untersucht werden. Das Projekt wird die Bedeutung des äquatorialen Wärmeinhaltes für die westwärtige Ausbreitung von SST-Anomalien in den äquatorialen Pazifik bestimmen und dadurch auch neue Erkenntnisse über die viel diskutierte multidekadische Variabilität in der Ausbreitungsrichtung von mit El Niño verbundenen SST-Anomalien liefern. Diese Erkenntnisse können möglicherweise Auswirkungen für die Vorhersagen von El Niño haben.

Forschergruppe (FOR) 5094: Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden

Stabile Isotope mit Barium und Cadmium als Tracer für Kohlenstoffexport, Remineralisierungsstärke und Diagenese nach Deposition in der Peruanischen Sauerstoffminimumzone

Sauerstoffminimumzonen (SMZs) sind mit den Auftriebsgebieten der östlichen Kontinentalränder assoziiert. In diesen wichtigen Wirtschaftsgebieten fördert der intensive Auftrieb von nährstoffreichem Tiefenwasser eine hohe Primärproduktion im Oberflächenozean und unterstützt dadurch mehr als 50% der weltweiten Fischerei. Als Folge des Klimawandels wird eine vertikale Ausdehnung und Intensivierung von SMZs prognostiziert, da sich in wärmeren Gewässern weniger Sauerstoff auflöst und eine stärkere Schichtung des Ozeans die Sauerstoffzufuhr zum Ozeaninneren verringert. Diese Veränderungen der SMZs beschränken Fischlebensräume unmittelbar auf die oberen Wasserschichten der Meere, erhöhen das Risiko des Überfischens und können zu künftigen Massensterben in Küstenökosystemen führen. Die Variabilität von SMZs beeinflusst auch die Nährstoffverfügbarkeit für den Oberflächenozean und den von ihm unterstützten marinen Kohlenstoffkreislauf. Jedoch sind die genauen Mechanismen dafür nicht vollständig entschlüsselt. Rückschlüsse darüber, wie marine Kohlenstoff- und biogeochemische Zyklen auf den zukünftigen Sauerstoffverlust in Ozeanen reagieren, kann man gewinnen, indem man erfasst, wie Nährstoffzufuhr und Meeresumwelt auf vergangene Änderungen der SMZ-Intensitäten reagiert haben. In dieser vorgeschlagenen Studie werde ich zwei neuartige Proxys verwenden: stabile Cadmium (Cd) - und Barium (Ba)-Isotope von der peruanischen SMZ um 1) einzugrenzen welche Prozesse die Produktivität des Oberflächenozeanes und die Remineralisierung innerhalb der SMZs beeinflussen, und 2) herauszufinden wie die zukünftige Sauerstoffabnahme der Ozeane den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflussen wird. Sowohl gelöste Cd- als auch Ba-Isotope sind im Meerwasser eng mit biologischen Prozessen und der Wassermassenmischung gekoppelt. In marinen Sedimenten werden Cd- und Ba-Isotope auch durch die authigene Ausfällung dieser Elemente und die Diagenese nach der Ablagerung beeinflusst, wohingegen das Ausmaß der Isotopenfraktionierung während dieser Prozesse bislang kaum quantifiziert wurde. Ich werde Cd- und Ba-Isotopenverhältnisse im Meerwasser, in sinkenden Partikeln, Sedimenten und Porenwasser messen, um deren Isotopenfraktionierungseffekte während verschiedener biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse einzugrenzen. Mit diesen Ergebnissen werde ich die Quellen und Senken quantifizieren, die beide Isotopensysteme im modernen Ozean fraktionieren, und einschätzen, wie sich die Diagenese nach der Ablagerung auf die Fraktionierung von Cd- und Ba-Isotopen auswirkt. Das ultimative Ziel dieser vorgeschlagenen Arbeit ist die Entwicklung sedimentärer Cd- und Ba-Isotope als verlässliche Proxys für vergangene Änderungen der Exportproduktion und der Remineralisierungsstärke.

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