Der Anstieg natürlicher Emissionen des Treibhausgases Methan haben einen bedeutenden Einfluss auf das Klima der Erde. Als Methanquelle nehmen küstennahe Gewässer eine besondere Stellung ein, da die Methankonzentration im Wasser hier wesentlich höher ist als im offenen Ozean. Trotz der Bedeutung der Küstengebiete ist bisher nur wenig bekannt über die hier zu findenden Methanemittenten und ihr jeweiliger Beitrag am atmosphärischen Methanfluss. Zudem zeigen eine Reihe aktueller Untersuchungen, dass Methan nicht nur unter anoxischen Bedingungen mikrobiell gebildet werden kann, sondern dass dies auch in einer oxischen Umgebung möglich ist. Eine solche Methanproduktion nahe der Meeresoberfläche würde den Weg zwischen Methanquelle und Atmosphäre wesentlich verkürzen und damit den Methanfluss in die Atmosphäre verstärken. Aufgrund einiger Untersuchungen, die eine Verknüpfung zwischen Primär- und Methanproduktion aufzeigen, stellen wir die Hypothese auf, dass Mikrophytobenthos (MPB)-Gemeinschaften eine wichtige, aber bisher nicht bearbeitete Stellung in der Flachwasser-Methandynamik zukommen. MPB-Gemeinschaften nehmen eine herausragende Rolle in der Primärproduktion von Küstensedimenten ein. Um die Bedeutung der MPB-assoziierten Methanproduktion besser einordnen zu können, werden wir das Potential dieser Methanquelle in Inkubationsexperimenten detailliert untersuchen. Zur Bestimmung der hierbei wichtigen Effektoren und Mikrophytobenthosarten werden wir an verschiedenen axenischen und xenischen klonalen Kulturen benthischer Diatomeen-Spezies die Primär- und Methanproduktion unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen bestimmen. Mit Hilfe einer neuen Cavity-Ring-Down-Spektroskopie basierten Methode planen wir an geschlossenen Inkubationen die Methankonzentrationsentwicklung in hoher zeitlicher Auflösung über Tag/Nacht Zyklen zu erfassen. Zusätzliche Inkubationen mit 13C-markierten Substraten werden es uns erlauben, den Weg der Methanproduktion in den Diatomeen einzugrenzen. Bisher wurde der Prozess der oxischen Methanproduktion nur in Kulturexperimenten untersucht. Ob die hier ermittelten Raten auch in die natürliche Umgebung übertragbar sind, wurde hingegen nicht geprüft. Um diese Wissenslücke zu schließen, planen wir neben den Experimenten an klonalen Kulturen auch Studien an natürlichen MPB-Gemeinschaften durchzuführen. Diese Gemeinschaften werden wir im Flachwasser vor der Insel Askö (schwedische Ostseeküste) und dem inneren Küstengewässer vor Zingst (Darßer-Zingst-Bodden, deutsche Ostseeküste) beproben, um ein möglichst breites Spektrum an Sedimenten, hydrodynamischen Bedingungen und MPB-Gemeinschaften abzudecken. Um die in unseren Experimenten ermittelten Methanproduktionsraten in die benthischen und atmosphärischen Methanflüsse besser einordnen zu können, werden wir in beiden Untersuchungsgebieten die Methanflüsse zwischen Sediment, dem Wasser und der Atmosphäre bestimmen.
Das sublitorale Makrobenthos der Deutschen Bucht wurde in der 2. Jahreshaelfte 1975 auf der Grundlage eines umfangreichen Stationsnetzes in seinem Artenbestand, seiner Verbreitung und Vergesellschaftung untersucht. Die Untersuchung soll Vergleiche mit frueheren Erhebungen (Hagmeier: 1923/1924 und Stripp: 1965-1968) ermoeglichen und zur Beurteilung langfristiger Milieuveraenderungen dienen. Nach dem kalten Winter 1978/1979 wurde die Bodenfauna neu kartiert. In Zukunft werden im Abstand von mehreren Jahren derartige Erhebungen wiederholt, um langfristige Veraenderungen zu erfassen.
Im Rahmen der hier vorgeschlagenen Studie sollen erstmalig das Vorkommen und die ökologische Bedeutung mixotropher Protisten in küsten- bzw. ufernahen Sedimenten aquatischer Lebensräume untersucht werden. Im Konzept des mikrobiellen Nahrungsnetzes, eines integralen Teils planktischer Nahrungsnetze, das durch den Fraßdruck kleiner Protisten auf Bakterien geprägt ist, spielen mixotrophe Einzeller eine entscheidende Rolle. Durch ihre Fähigkeit zur Kombination der oxygenen Photosynthese wirken sie im System sowohl auf der Ebene der Primärproduzenten als auch auf der der Konsumenten partikulären organischen Materials. Ausmaß und relative Bedeutung der unterschiedlichen Ernährungsmodi unterlagen sowohl auf Organismen- als auch auf Lebensraumebene sehr großen Schwankungen. Im Vergleich zu pelagischen Lebensräumen gibt es noch große Lücken im Wissensstand zur ökologischen Bedeutung benthischer Protisten. Zwar ist die Gemeinschaft des Mikrophytobenthos sowohl hinsichtlich der von ihr gestellten Biomasse als auch hinsichtlich ihrer Photosyntheseleistung sehr gut untersucht, der Großteil der Arbeiten an benthischen 'Protozoen' beschränkt sich dagegen auf Studien, die wenig zu ihrer Funktion im Lebensraum sagen. Zum Potential für Mixotrophie benthischer Einzeller gibt es bisher keine Studien. Die enge taxonomische Verwandschaft zwischen Vertretern der benthischen und der pelagischen Einzeller legt die Vermutung nahe, dass in den euphotischen Bereichen mariner und limnischer Sedimente mixotrophe Protisten vorkommen und einen erheblichen Beitrag sowohl an der Produktion als auch am Konsum organischen Materials haben. Das hier vorgestellte Projekt dient dem Ziel, das Vorkommen benthischer Mixotrophre zu verifizieren, ihre Bedeutung für die Lebensgemeinschaft zu ermitteln und die Auswirkungen verschiedener abiotischer und biotischer Faktoren (Licht, Temperatur, Nährstoff- bzw. Nahrungsangebot) für die Ausbildung oder Dominanz der unterschiedlichen Ernährungsmodi zu beschreiben
Pruefung der natuerlichen Selbstreinigungskraft eines technisch ausgebauten Gewaessers durch Rueckfuehrung in einen naturnahen Zustand am Beispiel der Oster. Fliessgewaesser, Gewaesserguete.
Ziele: Wie lange dauert die faunistische Wiederbesiedlung eines naturnah umgestalteten Gewaessers? Wie sind die neuen Habitate zu bewerten im Vergleich zur oberhalb liegenden Naturstrecke sowie des unterhalb liegenden Altverbaues? Ergebnisse: Die faunistische Wiederbesiedlung erfolgte sehr rasch (1-2 Jahre). Ortsvergleiche besagen, dass die Artenzahl sowie relative Haeufigkeiten der Fische, Wirbellosen sowie Kaefer des Uferbereichs raeumlich und zeitlich (Fruehjahr-Herbst) stark variieren. Insgesamt ist die Renaturierung aus faunistischer Sicht gelungen. Verschiedene Lebensraeume wurden angenommen. Guetedefizite verhindern eine weitere Stabilisierung des Oekosystems Fliessgewaesser. Die Faunenbestaende unter- und oberhalb eines Wehres unterschieden sich deutlich. Kleinbuhnen, Stoersteine und lueckiger Steinwurf am Ufer schaffen vielfaeltige Mikrostandorte und beguenstigen die Faunenbestaende.
Es soll untersucht werden, welchen Einfluss die klimabedingte Veränderung der saisonalen Meereisdynamik auf die benthischen und pelagischen Lebensgemeinschaften der Laptewsee hat. Die Arbeiten des Teilprojekts sind eingebettet in das Arbeitspaket III, in dessen Rahmen in Zusammenarbeit mit TP 2B sowie russischen Partnern in einem integrierten, arbeitsteiligen Forschungsansatz koordinierte Untersuchungen der drei marinen Teilsysteme Meereis, Wassersäule und Meeresboden in der Laptewsee und der Framstraße durchgeführt werden sollen. In diesem Kontext konzentriert sich TP 5A auf das Benthos der Laptewsee. Außerdem sind Untersuchungen des Zooplanktons geplant, die von den russischen Projektpartnern durchgeführt werden. Aufbauend auf den aus umfangreichen und langjährigen russischen und deutschen Vorarbeiten vorliegenden Erkenntnissen sollen dazu weiterführende vergleichende Studien mit zwei Hauptzielen durchgeführt werden: (a) Räumlich hoch aufgelöste Bestimmung der Zusammensetzung, Diversität und Besiedlungsmuster der Meeresbodenfauna (Meiobenthos, Makrobenthos) sowie des Mesozooplanktons in ausgewählten Teilgebieten der Laptewsee, (b) Abschätzung des Kohlenstoffumsatzes und der Nährstoffbilanz der im Meeresboden lebenden Fauna (Endobenthos), sowie deren Reaktion auf klimabedingte Veränderungen in Partikelfluss, Nahrungsverfügbarkeit und benthischen Besiedlungsdichten.
Problemdarstellung und Ziel. Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Im Rahmen des Forschungsprogramms 'Forschung für Nachhaltigkeit (FONA)' wurde das Projekt 'Modulares System für Schelfmeere und Küsten' (MOSSCO) gefördert. MOSSCO ist ein Verbundprojekt des Helmholtz-Zentrums Geesthacht, Institut für Küstenforschung (HZG), des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) und der BAW. Von der BAW wird das Teilprojekt 'Anwendung für den Sedimenttransport: Die Rolle der Biologie' durchgeführt, um bestehende Modellsysteme für die Abbildung des Bodens (Sedimenttransport, Deposition und Erosion), sowie Modelle der bodennahen (benthischen) Flora und Fauna für die Nutzung im integrierten Modellsystem vorzubereiten und zu implementieren. Die heute im Küsteningenieurwesen eingesetzten Modellverfahren berücksichtigen zum Großteil keine biologischen Einflüsse sondern sind auf eine rein abiotische Betrachtungsweise ausgelegt. Insbesondere bei der Betrachtung des Transports suspendierter Sedimente stellt diese Entkopplung ein potenzielles Defizit der Ergebnisqualität dar, da die Beeinflussung biologischer Prozesse auf das Absetzverhalten suspendierter Sedimente nicht berücksichtigt wird. Hinzu kommt, dass die Erosion von Sedimenten maßgeblich durch biologische Parameter wie der Häufigkeit und der Wirkung von Makrofauna oder mikrobieller Stabilisierung der oberen Sedimentschicht beeinflusst sein können. Untersuchungsziel: Das Teilprojekt der BAW bearbeitet schwerpunktmäßig die Schnittstelle zwischen Wassersäule und Boden. Im Rahmen dieses Teilprojektes werden bestehende Modellsysteme für die Abbildung des Bodens (Sedimenttransport, Deposition und Erosion), sowie Modelle des Einflusses der bodennahen (benthischen) Flora und Fauna auf den Sedimenttransport für die Nutzung im integrierten Modellsystem vorbereitet und implementiert Das modulare Modellsystem soll dazu dienen die Wechselwirkung zwischen Biologie und Sediment näher zu untersuchen. Schwerpunkte bilden dabei zunächst 1D-Systemstudien zur biologisch beeinflussten Flokkulation kohäsiver Sedimente in der Wassersäule, sowie durch z.B. Algenauflage veränderte Erosionseigenschaften der Sedimente am Boden. Im nächsten Schritt soll die Erweiterung auf reale Systeme (3D) und die Bewertung der hinzugenommenen biologischen Prozesse für die Sedimentdynamik in Nord- und Ostsee erfolgen. - Ziel 1: Aufbau und Validierung eines Geoökologiemoduls zur Nutzung im Rahmen des modularen Modellsystems. - Ziel 2: Beschreibung gekoppelter biologischer und sedimentologischer Prozesse für die Dynamik kohäsiver Sedimente im Flachwasserbereich und Ableitung möglicher Parametrisierungen - Ziel 3: Quantifizierung des Einflusses benthischer Makrofauna und des Mikrophytobenthos für den Sedimenttransport.
Die Lebensgemeinschaft am Seeboden gibt in ihrer Artenzusammensetzung Auskunft über den Zustand sowohl des Gewässers als auch des Sediments. Ihre Untersuchung ist daher ein wichtiger Teil der Seenüberwachung. Gegenüber der frei beweglichen Lebensform der Freiwasserlebensgemeinschaften leben alle Bewohner des Seebodens mehr oder weniger ortsgebunden. Ihre Zusammensetzung ist daher vorwiegend ein Spiegel lokaler Umweltbedingungen. Am Seeboden ändern sich die Lebensbedingungen oft sehr kleinräumig. Daher sind für die Bewertung des Seezustandes aufwändigere und flächendeckendere Beprobungen als beim Freiwasser erforderlich. Vor allem aus diesem Grund waren bislang umfassendere Bestandsaufnahmen der Lebensgemeinschaften des Seebodens auf den Bodensee beschränkt. Dabei wurden sowohl Makrophyten und Aufwuchsalgen aus auch heterotrophe Benthosorganismen (Makro-, Meio-, Mikrobenthos) berücksichtigt. Makrophyten und Aufwuchsalgen tragen als pflanzliche Organsimen zur Primärproduktion und damit zur Nahrungsversorgung der heterotrophen tierischen und mikrobiellen Lebensgemeinschaften des Seebodens bei. Da ihr Wachstum wie bei allen Pflanzen lichtabhängig ist, ist ihre Verbreitung auf die durchlichteten flachen Bereiche des Seebodens beschränkt. Neben ihrer Bedeutung als Nahrungsquelle bilden sie aber auch wichtige strukturelle Elemente der Flachwasserzone, die einerseits lokale Strömungs- und Sedimentationsmuster beeinflussen und andererseits für viele Organismen Bedeutung für Schutz und Nachwuchssicherung haben. Bei Makrophyten handelt es sich um makroskopische, also mit bloßem Auge sichtbare Wasserpflanzen, die unter und an der Wasseroberfläche leben und bis mehrere Meter lang werden können. Dazu gehören Armleuchteralgen (Charophyta), Moose, Farne sowie Samenpflanzen (z.B. Laichkräuter, Seerosen und Teichrosen). Die meist mikroskopisch kleinen Aufwuchsalgen besiedeln Steine, Sedimente und setzen sich insbesondere aus Kiesel- und Goldalgen zusammen, in stärker belasteten Gewässern nimmt der Anteil von Blau- und Grünalgen zu, die dann oft fädig-zottige Beläge bilden. Makrophyten und Aufwuchsalgen können - vergleichbar mit Planktonalgen - als Zeigerorganismen (so genannte Indikatoren) für die Nährstoffbelastung herangezogen werden. Aufgrund ihres Wachstums in Ufernähe sind sie vor allem als Anzeiger punktueller Belastung geeignet (z.B. Abwassereinleitungen, hohe Bestände an Wasservögeln). Fotos: See mit Wasserpflanzen (links) sowie Armleuchteralgen unter Wasser (rechts). Fotograf: Humberg. Der Seeboden ist auch Lebensraum für heterotrophe tierische und mikrobielle Lebensgemeinschaften. Deren Nahrungsversorgung erfolgt in den durchlichteten Flachwasserbereichen vor allem über die vor Ort entstandene pflanzliche Produktion von Makrophyten und Aufwuchsalgen, in den lichtlosen Tiefenwasserbereichen dagegen ausschließlich über absedimentierende, im See selbst produzierte organische Substanz oder über organische Sinkstoffe aus Zuflüssen. Entsprechend der Größe der Organismen unterscheidet man das Makrobenthos (mit bloßem Auge sichtbar > 200 µm), Meiobenthos (200 – 40 µm) und Mikrobenthos (< 40 µm). Das Makrobenthos zeigt große Unterschiede mit der Wassertiefe: Im Flachwasserbereich dominieren Wasserinsekten, Egel, Schnecken, Muscheln und Kleinkrebse, im Tiefenwasserbereich Schlammröhrenwürmer, Zuckmückenlarven und Strudelwürmer. Manche dieser Organismen können durch ihre Wühltätigkeit im Schlamm den Sediment-Wasser-Austausch intensivieren (Bioturbation) . Das bislang nicht so intensiv untersuchte Meiobenthos wird von Fadenwürmern (Nematoden) dominiert. Zusätzlich werden Rädertiere, Bärtierchen und Kleinkrebse regelmässig gefunden. Aufgrund der festgestellen Biomassen und hohen Wachstumsgeschwindigkeiten kann davon ausgegangen werden, dass diese Organismen wesentlich an den biologischen Stoffumsetzungen im Seeboden beteiligt sind. Das Mikrobenthos setzt sich aus Bakterien und einzelligen Urtierchen (Protozoen) zusammen. Deren Funktion ist wie im überstehenden Wasser insbesondere der Abbau organischer Substanz. Damit verursachen sie auch die in der Regel steilen Gradienten für Sauerstoff und Redoxpotential in der Sediment-Wasser-Grenzschicht und beeinflussen auf diese Weise auch die Stoffflüsse zwischen Sediment und Wasser. Fotos: Flohkrebs (oben); Zuckmückenlarve (unten).
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