Pilze sind eine der am diversesten, jedoch am wenigsten untersuchten mikrobiellen Gruppen in marinen Gewässern. Eine Untergruppe der Pilze, kurz als Chytridien bekannt, umfasst häufig auftretende Parasiten auf Phytoplankton, welche eine starke Belastung für das Phytoplanktonwachstum, die Entwicklung von Algenblüten und deren Populationsdynamiken darstellen. Parasitäre Chytridien befallen alle Hauptgruppen von Phytoplankton und treten bevorzugt in Küstenregionen mit hoher Phytoplanktonbiomasse und Produktivität auf. Die Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Stoffkreisläufe und die Funktion von Ökosystemen sind jedoch kaum bekannt bzw. quantifiziert. Die Emmy Noether-Nachwuchsgruppe wird die funktionelle und quantitative Rolle parasitärer Pilze für die Phytoplanktonproduktivität und den Stoffkreislauf in Brack- und Meerwasser untersuchen. Unsere Ziele sind (1) Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Chytridien auf Einzelzell-Ebene, (2) Untersuchungen der integrativen Rolle von Chytridien in aquatischen Nahrungsnetzen und (3) Aufklärung der Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Remineralisierungs- und Sedimentationsprozesse. Unser umfassender Ansatz beinhaltet experimentelle Studien mit Phytoplankton-Pilz Co-Kulturen sowie mit natürlichen Planktongemeinschaften, mittels Analysen auf Zell- und Mikoskalen-Ebene bis hin zu mesoskaligen Stoffflüssen entlang der Wassersäule. Im Wesentlichen werden wir den Transfer von Kohlenstoff und Stickstoff vom Phytoplankton durch das pelagische Nahrungsnetz innerhalb der photischen Zone bis hin zum Absinken als Detritus in die Tiefe verfolgen. Das Projektergebnis soll ein ganzheitliches Verständnis der Rolle von Chytridien an der Basis aquatischer Nahrungsnetze und Produktivität fördern, einschließlich der zugrunde liegenden Mechanismen und Größenordnungen. Angesichts der potenziellen Signifikanz parasitärer Pilze für die Abschwächung von Produktivität, Sinkstoffflüssen aber auch von toxischen Algenblüten in Küstengebieten, sollen die gewonnenen Daten mit lokalen und globalen Stoffkreisläufen verknüpft und in zukünftige Entscheidungen zum Küstenmanagement implementiert werden.
Um regionale Meeresspiegeländerungen und deren Auswirkungen auf die Gesellschaft zu verstehen, müssen neue Formen von integrierter Forschung beschritten werden, die einen weiten, fächerübergreifenden Bogen spannen muss, von physikalischen bis hin zu sozialwissenschaftlichen Disziplinen. Nur ein solches Programm, wie es unter dem SPP 1889 'SeaLevel' etabliert wurde, kann die wissenschaftliche Basis für die Entwicklung von Informationen hervorbringen, die zur Unterstützung von Küstenschutz und Küstenzonen-Management und für die zur Minimierung des Einflusses von ansteigenden Meeresspiegel auf Gesellschaften erforderlich ist. Um ein solches interdisziplinäres Programm zum Erfolg zu führen, ist ein proaktives, ausgedehntes Projektmanagement erforderlich. Dieses gilt für jedes SPP, es gilt um so mehr für interdisziplinäre SPP, wie es das SPP SeaLevel ist. Während der zweiten Förderphase des SPP SeaLevel wird ein Hauptaugenmerk der Koordination darin liegen, eine kontinuierliche interdisziplinäre wissenschaftliche und organisatorische Koordination und Unterstützung aller Projekte bereitzustellen, das bestehende Netzwerk innerhalb des SPP weiter auszubauen, die Öffentlichkeitsarbeit und Gleichstellungsmaßnahmen weiter zu verstärken und in dieser zweiten und letzten Phase besonders auch die Sichtbarkeit und den Nutzen der SPP SeaLevel Ergebnisse zu maximieren. Hierfür wird die Koordination kontinuierlich die Zusammenarbeit aller Projekte und aller involvierten Disziplinen fördern und voranbringen und gewonnenen Informationen innerhalb des SPP und mit der internationalen Community austauschen. Die Koordination wird wie zuvor in allen ihren Aspekten und Modulen in ihrer Verantwortung bei D. Stammer liegen, der die allgemeine Verantwortung für das SPP trägt. D. Stammer wird unterstützt durch die Assistenz von Eleni Tzortzi, die wie in der ersten Phase dem SSP in allen Koordinationsaspekten und Modulen zur Seite stehen wird, die das SPP-Netzwerk weiter fördern wird, die reguläre Projekttreffen organisieren wird und die besonders in dieser zweiten Phase Abschlusskolloquien und Sonderausgaben eines wissenschaftlichen Journals mit unterstützen wird. Ohne diese Vollzeitunterstützung kann eine erforderliche Koordination dieses interdisziplinären SPP nicht garantiert werden.
Pilze sind eine der am diversesten, jedoch am wenigsten untersuchten mikrobiellen Gruppen in marinen Gewässern. Eine Untergruppe der Pilze, kurz als Chytridien bekannt, umfasst häufig auftretende Parasiten auf Phytoplankton, welche eine starke Belastung für das Phytoplanktonwachstum, die Entwicklung von Algenblüten und deren Populationsdynamiken darstellen. Parasitäre Chytridien befallen alle Hauptgruppen von Phytoplankton und treten bevorzugt in Küstenregionen mit hoher Phytoplanktonbiomasse und Produktivität auf. Die Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Stoffkreisläufe und die Funktion von Ökosystemen sind jedoch kaum bekannt bzw. quantifiziert. Die Emmy Noether-Nachwuchsgruppe wird die funktionelle und quantitative Rolle parasitärer Pilze für die Phytoplanktonproduktivität und den Stoffkreislauf in Brack- und Meerwasser untersuchen. Unsere Ziele sind (1) Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Chytridien auf Einzelzell-Ebene, (2) Untersuchungen der integrativen Rolle von Chytridien in aquatischen Nahrungsnetzen und (3) Aufklärung der Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Remineralisierungs- und Sedimentationsprozesse. Unser umfassender Ansatz beinhaltet experimentelle Studien mit Phytoplanktonâ€ÌPilz Co-Kulturen sowie mit natürlichen Planktongemeinschaften, mittels Analysen auf Zell- und Mikoskalen-Ebene bis hin zu mesoskaligen Stoffflüssen entlang der Wassersäule. Im Wesentlichen werden wir den Transfer von Kohlenstoff und Stickstoff vom Phytoplankton durch das pelagische Nahrungsnetz innerhalb der photischen Zone bis hin zum Absinken als Detritus in die Tiefe verfolgen. Das Projektergebnis soll ein ganzheitliches Verständnis der Rolle von Chytridien an der Basis aquatischer Nahrungsnetze und Produktivität fördern, einschließlich der zugrunde liegenden Mechanismen und Größenordnungen. Angesichts der potenziellen Signifikanz parasitärer Pilze für die Abschwächung von Produktivität, Sinkstoffflüssen aber auch von toxischen Algenblüten in Küstengebieten, sollen die gewonnenen Daten mit lokalen und globalen Stoffkreisläufen verknüpft und in zukünftige Entscheidungen zum Küstenmanagement implementiert werden.
Während der ersten Förderperiode des SPP 1889 SeaLevel wurde in diesem Projekt DECVAR Prozesse untersucht die in Verbindung mit Antriebsmechanismen von Meeresspiegeländerungen stehen, eben so wie die Charakterisierung von statistische Eigenschaften von natürlichen Meeresspiegelschwankungen entlang von Küstenlinien. Die Ergebnisse und gewonnenen Erkanntnisse sind wichtig um primäre Antriebsmechanismen ebenso wie die geographischen Regionen zu identifizieren die wesentlich zu beobachteten Meeresspiegeländerungen beitragen. Ergebnisse sind auch wichtig um die Reaktion unterschiedlicher Modelle auf den gleichen Antrieb zu verstehen und um dadurch Modellunsicherheiten zu charakterisieren. In der zweiten Förderphase wird die begonnenen Arbeit zur Reife geführt und weiter ausgebaut werden. Wir werden dabei auf zukünftige dekadische und Langzeit Meeresspiegelvariationen fokussieren, mit räumlicher Skala von Beckenskala bis hin zur lokalen Skala in den SPP Fokus-Regionen im westlichen Pazifik und Indonesischem Durchfluss auf der einen Seite und in Nord- und Ostseeraum, auf der anderen Seite. Für ein besseres Verständnis von zukünftigen Meeresspiegeländerungen auf dekadischen bis hin zu Jahrhundert-Zeitskalen in Form von natürlichen Moden im Vergleich zu anthropogenen Einflüssen, ist es ins besondere wichtig zugrundeliegende potentielle Antriebe ebenso wie dynamische Beiträge zu identifizieren, einschließlich Prozesse im küstennahem Ozean. Entsprechende Untersuchungen werden auf einer Hierarchie numerischer Simulationen beruhen unterstützt durch historische Meeresspiegelbeobachtungen. Eine gemeinsame Auswertung dieser Datensätze wird es ermöglichen, potentielle Ursachen für zukünftige Meeresspiegelvariationen in den SPP Untersuchungs-Regionen zu identifizieren und dadurch Vorhersagen zu verbessern. DECVAR-2 wird Teil der SPP 1889 Fokus-Gruppe zu globalen und regionalen Meeresspiegeländerungen sein für die es globale Meeresspiegelsimulationen und Projektionen liefern wird, einschließlich Information über Antriebsmechanismen von natürlichen und anthropogenen Änderungen. Darüber hinaus wird das Projekt Informationen über Meeresspiegeländerungen in den SPP Fokus Regionen an die anderen Fokus Gruppe liefern. Als möglicher Weise einziges globales Modellierungsvorhaben wird das Projekt projizierte Änderungen einzelnen Mechanismen und Prozessen zuordnen und damit den globalen Kontext von regionalen und lokalen Änderungen in den Untersuchungs-Regionen liefern. Antworten werden wesentlich sein um die übergeordneten SPP Ziele zu erreichen. Antworten werden ebenso wichtig für Küstenmanagement durch verbesserte Meeresspiegel Vorhersagen sein und damit die Basis für informierte Planungen von Anpassung Maßnahmen sein.
Objective and Tasks
North Sea Region estuaries are dynamic environments subject to persistent and increasing pressures such as modified tidal ranges, higher sedimentation rates and increased risk of flooding, which impact estuary ecological functioning and services. The implementation of coastal management measures that respond to those pressures has to follow EU-regulations (e. g. Natura 2000 and Water Framework Directive) and demands long planning periods, stakeholder commitment and large investments.
The aim of the project IMMERSE is to accelerate the implementation of such large-scale measures that contribute to a sustainable management of North Sea ecosystems. Research institutions, governmental administrations and enterprises from the North Sea region address different challenges regarding sediment management, flood protection and the creation of intertidal habitats. Areas of interest are the estuaries Elbe, Scheldt, Göta Älv, Tees, Humber, Isefjord/Holbaekfjord and Roskilde Fjord.
Importance for the Federal Waterways and Shipping Administration (WSV)
New solutions and improved designs of coastal and river engineering measures are developed in the project. The know-how of the BAW in best practices to secure navigation, managing the estuaries sustainably, will be enhanced by exchanging knowledge and expertise with other experts of the North Sea estuarine community. For tidal amplification and tidal pumping, pressures that affect the sediment transport and thus the maintenance works for navigation in the Elbe estuary, different measure types are investigated, pilots carried on and feasibility assessments conducted by different organisations. Within the project, the BAW has evaluated the hydraulic effects of reconnecting a cut-off anabranch to the tidal river Elbe to reduce tidal pumping and the tidal range, an assessment required for decision-making at the dialog process Forum Tideelbe (WSV steering committee partner).
The next task of the BAW in the project relates to the improvement of the numerical model to compute the spread of particle-bound contaminants, which is relevant in planning strategies for the sediment management at the maritime fairway Elbe. Consultancy for the WSV on sediment relocation and issues related to sediment mobilisation and pollutants fate will advance, ensuring the use of numerical methods at state-of-the-art standards.
Research Methods
Three-dimensional numerical simulations are employed using the hydrodynamic modelling system UnTRIM (Casulli and Lang 2004) in combination with the morphological model SediMorph.
For the assessment of the anabranch reconnection, the measure layout included a tidal flow control at the sluice gate Tatenberger Siel to constrain the amount of water flowing in and out the anabranch and so limit the variation of the water level within the anabranch Dove Elbe (BAW 2021). The aim here was to compute the maximal expected effects on the estuary dynamics considering the tidal flow control, and so to provide an estimation of the measure benefits for a comparison with two other potential locations: Haseldorfer Marsch and alte Süderelbe (see Forum Tideelbe 2020).
Since the flow constriction at the weir was only partially considered in this feasibility assessment, the model approach for weir control has been improved during the project. Within the modular architecture of UnTRIM, an add-on feature has been programmed and coupled in the model suite within the software environment PROHGOME (see Lang 2017) at the department for hydraulic engineering in coastal areas of the BAW.
The next activities of the BAW in the project will address the development of a transport model to compute the spread of particle-bound contaminants in the tidal Elbe. At the next, a comprehensive review addressing research gaps and parametrization needs for the SPM transport behavior related to organic and inorganic pollutants will be carried on.