Veranlassung
Die aktuellen, trockenen Jahre haben gezeigt, dass an den Bundeswasserstraßen im Binnenland und den Ästuaren in Zeiten des Klimawandels wieder vermehrt mit Eutrophierungs-Phänomenen zu rechnen ist. Das Fischsterben in der Oder, ausgelöst durch das verstärkte Wachstum der Alge Prymnesium parvum und der von ihr gebildeten Toxine, die mittlerweile regelmäßig auftretenden Cyanobakterienblüten an der Mosel oder auch die wieder verstärkt auftretende Sauerstoffproblematik in vielen Fließgewässern wie z. B. der Elbe sind die prominentesten Beispiele dieser Entwicklung (Abb. 1). Nicht nur in den Medien, der Öffentlichkeit und in der nationalen und internationalen Politik, auch bei den verwaltenden Behörden wie den Landesämtern oder der Wasserstraßen und Schifffahrtsverwaltung des Bundes erregt dieses Thema große Aufmerksamkeit und Besorgnis. Eutrophierung ist eines der zentralen Wasserqualitätsprobleme, die in der Nationalen Wasserstrategie der Bundesregierung benannt werden. Ihre Vermeidung, insbesondere im Ästuar- und Küstenbereich, ist „Vision“ der Nationalen Wasserstrategie und entspricht dem nationalen Umweltziel 1 aus der Umsetzung der Europäischen Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie.
Die Gründe für diese Eutrophierungsphänomene liegen in den ungewöhnlich langen, trockenen und warmen Wetterperioden in den Frühjahrs- und Sommermonaten der vergangenen Jahre. Diese führen nicht nur zu einem Anstieg der Wassertemperatur und ausreichender Lichtverfügbarkeit, auch der Abfluss in den Bundeswasserstraßen nimmt ab, während die Aufenthaltszeit des Wassers gerade in staugeregelten Bereichen ansteigt. All diese Faktoren sind wachstumsfördernd für Algen und Cyanobakterien. Durch den geringen Abfluss werden zudem eingeleitete Substanzen nicht mehr ausreichend verdünnt. Im Falle der Oder führten durch den Bergbau eingeleitete Salze erst dazu, dass die Brackwasseralge Prymnesium parvum ein ideales Habitat vorfand.
Es besteht daher starker Bedarf, solche Kipppunkte von Gewässern frühzeitig zu erkennen und über ein Monitoringprogramm im Krisenfall die Handlungsfähigkeit der zuständigen Behörden zu verbessern. Dazu ist es zunächst notwendig, das Potenzial der Bundeswasserstraßen für die Massenentwicklung von schädlichen Algen und Cyanobakterien zu evaluieren und damit zu klären, an welchen Bundeswasserstraßen das Risiko für schädliche Algenblüten besteht.
Es gibt verschiedene Algen, andere Protisten und Cyanobakterien, die das Potenzial schädlicher Auswirkungen auf das Ökosystem und die menschliche Gesundheit haben. Die Nischen oder Habitate, in denen diese Arten vorkommen sind zwar begrenzt, es ist jedoch nachgewiesen, dass durch den Menschen verursachte Phänomene (Klimawandel, Einleitung von Nährstoffen und Salzen) die Ausbreitung schädlicher Algen befördern und es dadurch zu massenhaften Entwicklungen dieser kommt. Es ist nicht bekannt, in welchen der Bundeswasserstraßen mögliche Habitate für diese schädlichen Organismen derzeit bestehen oder auch in Zukunft unter einem Klimawandelszenario entstehen könnten. Diese Lücke soll in diesem Projekt geschlossen werden.
Ziele
- Identifizierung der TOP10 HABs (engl. „Harmful Algae Blooms“ = schädliche Algenblüten), also der 10 Arten, die am wahrscheinlichsten in großen Fließgewässern eine schädliche Algenblüte bilden und Charakterisierung ihrer Umweltanforderungen
- Erstellung und Veröffentlichung von Steckbriefen der TOP10 HABs
- Zusammenstellung von Umweltdaten für eine Risikoanalyse schädlicher Phytoplankton-Massenentwicklungen
- Analyse des trophischen Potenzials der Bundeswasserstraßen, d. h. der theoretischen Möglichkeit für eine Phytoplankton-Massenentwicklung in den Bundeswasserstraßen.
Im Oktober 2002 fand in Dresden das kick-off meeting für das Europäische Projekt Barriers against cyanotoxins in drinking water statt. Damit übernimmt das TZW die Koordinatorfunktion für ein länderübergreifendes europäisches Projekt, welches durch die EU-Kommission im Verbund des 5. Rahmenprogramms europäischer Forschung gefördert wird. Das Projekt hat zum Ziel, die Forschungsergebnisse von 10 europäischen Einrichtungen zu Fragen des Vorkommens und der Eliminierung toxischer Algenmetaboliten zusammenzuführen, um daraus für Europa relevante, aber auch für Länder der südlichen Hemisphäre entscheidende Erkenntnisse in Bezug die Trinkwasseraufbereitung abzuleiten. Partner des TZW bei diesem Projekt sind die nachfolgend aufgeführten Institute: University of Dundee (Großbritannien), Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (EAWAG, Schweiz), Institute of Water & Environment (DHI, Dänemark), Universidad de Extremadura (Spanien), Water Research Center (WRc, Großbritannien), Kiwa NV - Keuringsinstituut voor Waterleidingartikelen (Niederlande), Aabo Akademi University (Finnland), Universidade do Algarve (Portugal) sowie die University of Lodz (Polen). Das Konsortium vereint somit Fachinstitute der aquatischen Forschung und der Wassertechnologie. Europaweit konnten bei der Vorbereitung des Projektes mehr als 30 Nachnutzer gewonnen werden. Dazu zählen Fachbehörden und vor allen Dingen Wasserversorgungsunternehmen. Das Projekt erhebt den Anspruch, eine breite Öffentlichkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck wurden zwei Internet-Seiten eingerichtet. Unter http://www.cyanotoxic.com sind die Projektstruktur, die wesentlichen Projektziele und die geplanten Arbeitsschritte abzufragen. Zudem werden in Berichtsform die erreichten Ergebnisse dargestellt. Ein weiterer zentraler Punkt des Projektes ist die in den folgenden Jahren aufzubauende Internet-Plattform. Diese Information ist unter http://www.cyanobacteria-platform.com abzurufen. Das Ziel dieser Informationsseite ist es, die europäische Situation hinsichtlich der Belastung der Trinkwasserversorgung dienender Gewässer mit Cyanobakterien darzustellen.
Veranlassung
„Algenblüten“ sind deutlich sichtbare Zeichen für die multiplen Belastungen, denen unsere Binnengewässer ausgesetzt sind, wie z. B. Nährstoffeinträge, Folgen des Klimawandels – insbesondere Dürren und Starkregen – oder physische und biologische Strukturveränderungen. Diese können mit erheblichen Nutzungseinschränkungen einhergehen. Das massenhafte Fischsterben in der Oder 2022 hat eindrücklich gezeigt, welche Auswirkungen auf Ökosysteme durch das Freisetzen von Algentoxinen entstehen können, und dass dafür verantwortlichen Prozesse möglicherweise so schnell und großräumig ablaufen, dass klassische Monitoring-Strategien diese nicht erfassen. Die Gewässerfernerkundung bietet die Möglichkeit, Algenblüten über die Chlorophyll-a-Konzentration großflächig mittels Satellitendaten zu erheben und Informationen in nahe-Echtzeit bereitzustellen.
Eine bundesweite Überwachung von Algen in Fließ- und Standgewässern ist aufgrund des umfassenden Copernicus-Programms der EU technisch möglich und inhaltlich notwendig, um den Behörden zukünftig ein effizientes Gewässermonitoring und z. B. eine Früherkennung kurzzeitig auftretender Ereignisse mit Algenmassenentwicklungen zu ermöglichen. Zudem bieten die Daten wichtige Informationen für die Bewirtschaftung von Trinkwassertalsperren und Badegewässern.
Ziele
- Automatisierte, skalierbare Ableitung von Chlorophyll-a-Konzentrationen und ergänzenden Gewässergüteparametern aus räumlich- und zeitlich hochaufgelösten, großflächig verfügbaren Satellitendaten für Beispielgewässer (Fließ- und Standgewässer).
- Kalibrierung, Validierung und Qualitätssicherung der erzeugten Daten mittels vorhandener In-situ-Daten
- Entwicklung und automatisierte Erzeugung anwendungsbezogener, maßgeschneiderter Indikatoren, Produkte und Visualisierungen
- Entwicklung einer digitalen Anwendung auf der Cloud-Plattform CODE-DE inkl. Bereitstellung der erzeugten Daten und Produkte
- Planspiele für konkrete Anwendungsfelder – u. a. zur Einbindung von Fernerkundung in die Berichterstattung
Der Algenmonitor wird auf diesen Grundlagen eine wissenschaftlich fundierte Anwendung demonstrieren, die für den behördlichen Einsatz frei verfügbare, zeitlich hochaufgelöste Gewässerfernerkundungsdaten von Beispielgewässern zur Verfügung stellt. Da die Anwendung auf Open-Source-Bausteinen beruht, schafft dies eine Basis für eine Skalierung auf das ganze Bundesgebiet.
Die Bundesanstalt für Gewässerkunde, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung und das Umweltbundesamt starteten im August 2024 das Verbundprojekt „Algenmonitor“, gefördert vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV).Grundlegende Ziele des Verbundprojektes sind, auf Basis von Satellitendaten räumlich- und zeitlich hochaufgelöste Chlorophyll-a-Konzentrationen, für die Anwendungen maßgeschneiderte Produkte und weitere spezifische Indikatoren für (schädliche) Algenblüten bereitzustellen. Die Anwendung des Algenmonitors soll in diesem Projekt anhand von Beispielgewässern erprobt werden; angestrebt sind je nach Verfügbarkeit von In-situ-Daten mindestens drei große Fließgewässer und drei Standgewässer. Die erforderlichen Prozessierungsschritte werden auf der cloudbasierten Prozessierungsplattform CODE-DE implementiert. Anhand der Beispielgewässer können dieprozessierten Gewässerfernerkundungsdaten von Flüsse und Seen mit In-situ-Daten des Bundes, der Bundesländer und aus wissenschaftlichen Messnetzen (z. B. eLTER) validiert und ergänzt werden. Durch die Einbeziehung der Copernicus-Daten und -Dienste entsteht eine Grundlage, die es den Behörden von Bund und Ländern potentiell ermöglicht, wichtige Wassergüte-Parameter für die bundesweite Gewässerüberwachung großflächig zu erheben und in Wert zu setzen.
Ziel des Vorhabens ist es, Gewässerfernerkundungsdaten für die weitere Verwendung zu erschließen und konkrete Anwendungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
<p>Im August 2022 schockierten die Bilder von toten Fischen in der Oder die Öffentlichkeit und die Fachwelt. Ursache war die Massenvermehrung der Alge Prymnesium parvum, die bevorzugt in salzhaltigem und nährstoffreichem Wasser lebt und ein hoch fischgiftiges Toxin bilden kann. Das Umweltbundesamt (UBA) hat nun ein Fact Sheet zum Fischsterben in der Oder veröffentlicht.</p><p>Durch die Bedingungen im Sommer 2022 konnte sich die Alge nach Salzeinleitungen in der aufgeheizten, nährstoffreichen Oder bei niedrigen Wasserständen extrem vermehren („Algenblüte“). Auch diesen Sommer steigen die Temperaturen wieder an. In seinem neuen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/fischsterben-in-der%20">Fact Sheet</a> stellt das Umweltbundesamt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>) Erfahrungen zur Algenblüte aus dem letzten Sommer und Informationen zur den Lebens- und Vermehrungsbedingungen der Alge <em>Prymnesium parvum</em> bereit.</p><p>Auf der <a href="https://www.bmuv.de/service/fragen-und-antworten-faq/faq-zum-fischsterben-in-der-oder">Website des Bundesumweltministeriums (BMUV)</a> finden sich zudem neben dem Bericht der Expertengruppe aus 2022 eine FAQ-Sammlung zur Oderkatastrophe, die kontinuierlich erweitert wird.</p>
Gute Zusammenarbeit in der deutsch-polnischen Arbeitsgruppe Bundesumweltministerin Steffi Lemke hat das Umweltbundesamt (UBA) beauftragt, alle verfügbaren Messdaten, Hinweise und Hypothesen zum Fischsterben in der Oder zu sammeln, um diese gemeinsam mit Fachleuten aus anderen Bundes- und den Landesbehörden aus Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern systematisch zu bewerten. So sollen die genauen Ursachen der Umweltkatastrophe ermittelt werden. Ein Bewertungsbericht wird nach Abschluss den Umweltministerien übergeben. Die Ergebnisse werden auch eng mit polnischen Fachkolleginnen und Fachkollegen diskutiert. UBA-Vizepräsidentin Lilian Busse, die die eingesetzte polnisch-deutsche Arbeitsgruppe leitet, sagt: „In der Gruppe herrscht eine kollegiale Atmosphäre. Wir tauschen uns gut über die vorliegenden Untersuchungsergebnisse beider Länder aus. Das Ganze ist ein komplexes Puzzle, das wir hoffentlich in den nächsten Wochen gemeinsam vervollständigen können.“ Auch drei Wochen nach dem Beginn des massenhaften Fischsterbens sind die Ursachen dafür noch unklar. Mit dem Fischsterben in der Oder hat das Brandenburgische Landesamt für Umwelt (LfU) eine Reihe von Gewässeruntersuchungen eingeleitet. An den vom LfU betriebenen automatischen Messstationen Frankfurt (Oder) und Hohenwutzen traten abrupt erhöhte Werte der elektrischen Leitfähigkeit, des pH und der Sauerstoffkonzentration auf. Das Messprogramm für bestimmte gefährliche Stoffe, wie sie die Europäische Wasserrahmenrichtlinie für die Zustandsbewertung der Flüsse vorschreibt, zeigte an den deutschen Messstellen keine ungewöhnlichen Konzentrationen. Derzeit analysiert die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) die Wasserproben mit speziellen Analysenmethoden. Damit können mehr als 1.000 Substanzen, einschließlich vieler bislang unbekannter Chemikalien erkannt werden. Zum Untersuchungsprogramm gehören auch giftige Stoffwechselprodukte von Algen (Algentoxine). Mit der Expertise der Fachleute werden anhand der Messdaten und der Untersuchungsergebnisse verschiedene Hypothesen zu den Ursachen bewertet. Der Hinweis auf eine mögliche Quecksilbervergiftung als Ursache des Fischsterbens konnte dadurch bereits entkräftet werden. Auch erhöhte Konzentrationen bestimmter Pflanzenschutzmittel als Ursache für das Fischsterben hält das UBA für wenig wahrscheinlich. Auf Initiative des LfU gehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dem Vorkommen einer Fischgift produzierenden Alge im Zusammenhang mit den nachgewiesenen erhöhten Salzkonzentrationen nach. Weitere Untersuchungen sollen nun Klarheit bringen. Eine akute Gefährdung der menschlichen Gesundheit etwa beim Baden hält das UBA nach den bislang vorliegenden Messdaten für sehr unwahrscheinlich. Vom Verzehr der Fische aus der Oder raten Experten aus Bund und Ländern weiter ab. Es müssen aber vor Ort angeordnete Maßnahmen, zum Beispiel Badeverbote, weiter beachtet werden. Der gewerbliche Fischfang in der Oder sollte solange ausgesetzt bleiben, bis Sicherheit über die gesundheitliche Unbedenklichkeit der Fische als Lebensmittel besteht. Die schnell eskalierte Katastrophe an der Oder zeigt, dass hier schnellere Frühwarnsysteme und eine umfassendere Gewässerüberwachung nötig sind. Während z.B. am Rhein nach dem Sandoz-Unfall 1986 die Internationale Kommission zum Schutz des Rheins ein Netz mit modernsten Verfahren zur Messung von Chemikalien installiert hat und die Ergebnisse regelmäßig im Internet bereitstellt, gibt es an der Oder noch Verbesserungsbedarf, um akute Wasserbelastungen schneller entdecken zu können. Europas Flüsse stehen seit Jahren unter Stress: Hohe Temperaturen, Trockenheit, geringe Wasserstände sind Lebensbedingungen, die Tiere und Pflanzen belasten. Kommen weitere Stressoren wie hohe Chemikalienkonzentrationen oder extreme Algenblüten dazu, ist die Stabilität des gesamten Ökosystems gefährdet. „Auch diese Katastrophe lehrt uns, dass die Widerstandskraft der Flussgebiete mit ihren Lebensgemeinschaften gegenüber dem Klimawandel und vielfältigen Belastungen gestärkt werden muss“, sagte UBA-Vizepräsidentin Lilian Busse. Ergänzung 09.09.2022: Folgende Institutionen aus Deutschland senden Vertreter*innen in die Expertengruppe: