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BMVI-Expertennetzwerk Wissen - Können - Handeln, Minderung verkehrsbedingter stofflicher Belastungen in Luft, Wasser und Boden - Betriebliche und technische Optimierungen in der Binnenschifffahrt

In dem Forschungsprojekt soll aufgezeigt werden, in welchem Umfang Emissionen aus Binnenschiffen durch optimierte Fahrweise sowie schiffbauliche Innovationen bei Aufrechterhaltung der Wirtschaftlichkeit minimiert werden können. Dies soll am Beispiel typischer Randbedingungen auf dem Rhein in ausgewählten Musterstrecken geschehen. Aufgabenstellung und Ziel Im BMDV-Expertennetzwerk greifen sieben Ressortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) gemeinsam drängende Probleme der Verkehrsinfrastrukturen auf. Es beinhaltet Forschungsarbeiten zur Anpassung an den Klimawandel, zur umweltgerechten Gestaltung sowie zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Verkehr und Infrastruktur. Das Themenfeld 2 des BMDV-Expertennetzwerkes hat das Ziel, Verkehr und Infrastruktur umweltgerecht zu gestalten. In einem Schwerpunktthema werden stoffliche Belastungen durch die einzelnen Verkehrsträger Straße, Schiene und Wasserstraße erfasst und mögliche Maßnahmen zur Reduktion der Emissionen untersucht. Die BAW entwickelt Modelle und führt temporäre Onboard-Messungen an Binnenschiffen durch, um den Treibstoffverbrauch und den Ausstoß von Luftschadstoffen zu bestimmen. Darauf aufbauend soll gezeigt werden, inwieweit Treibstoffbedarf und Emissionen durch eine optimierte Fahrweise sowie technische Innovationen reduziert werden können. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV), das Verkehrsministerium und die schifffahrtstreibende Wirtschaft werden Informationen über die Luftschadstoffemissionen der Binnenschifffahrt erhalten. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie durch betriebliche und technische Maßnahmen Reduktionen des Treibstoffbedarfs und der Emissionen erreicht werden können. Auf dieser Grundlage lassen sich die wirtschaftlichen Auswirkungen einzelner Maßnahmen auf den Verkehrsträger Binnenschifffahrt hinsichtlich seiner Wettbewerbsfähigkeit bewerten und Handlungsempfehlungen ableiten. Untersuchungsmethoden Zur Bestimmung des Treibstoffbedarfs und der Emissionen von Binnenschiffen werden Modelle mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung entwickelt (BMDV 2023). Sie verknüpfen beobachtete bzw. modellierte Schiffsbewegungen mit Emissionsfaktoren. Zur Beschreibung des Schiffsverkehrs stehen Daten des automatischen Identifikationssystems (AIS) zur Verfügung, die über Empfängerstationen der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS) entlang der meisten Bundeswasserstraßen erfasst und aufgezeichnet werden. Sie enthalten genaue Positionen, Geschwindigkeiten und Abmessungen der Binnenschiffe. Zu den Wasserstraßen liefern zum einen Datenbanken der WSV Breiten, Tiefen und Profilformen der Kanäle. Zum anderen werden Bathymetrie und Strömungsbedingungen der Flüsse aus hydrodynamischen, numerischen Modellen genutzt, die zu den beobachteten Pegelständen Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten berechnen. Diese beeinflussen die auf ein im Flachwasser fahrendes Schiff wirkenden Kräfte und hydromechanischen Effekte, wie z. B. den Schiffstiefgang (Squat) oder die vom Schiff induzierte Rückströmung. Aus der Bewegung eines Schiffs durch das Wasser wird zunächst der Widerstand an jedem Punkt der gefahrenen Trajektorie bestimmt. Aus diesem werden mit Effizienzbeiwerten, u. a. zur Propulsion, die aufgebrachte Motorleistung und letztlich mit leistungsabhängigen Emissionsfaktoren die schiffsspezifischen Emissionsraten berechnet. Die ursprünglich für den Fast-Time-Simulator FaRAO (Fahrdynamische Routen-Analyse und -Optimierung, Schwarz-Beutel 2024) entwickelten fahrdynamischen Ansätze zur Widerstandsberechnung berücksichtigen explizit Flachwasserbedingungen und Querkräfte in Kurvenfahrten. Dies ermöglicht es, Emissionen möglichst präzise zu bestimmen, aber auch Einflüsse der Bathymetrie auf die Emissionsraten zu analysieren.

TrilaWatt: Hydrodynamische Kennwerte 2015 (WCS)

<span><strong>Definitionen:</strong> Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Fluiden und die dabei wirkenden Kräfte. Hydrodynamische Kennwerte sind zeitintegrierte, beschreibende Parameter dieser Prozesse. So tragen bspw. die grundlegenden Tidekenngrößen des Tidehochwassers, des Tideniedrigwassers sowie der damit eng verbundenen Werte für Tidestieg, Tidefall und Tidehub dazu bei, die Dynamik der Tide herauszuarbeiten.</span> <span><strong>Datenerzeugung:</strong> Aus numerischen Simulationsdaten wurden physikalische Größen wie beispielsweise Wasserstand oder Strömungsgeschwindigkeit in festen zeitlichen Intervallen unter Berücksichtigung erreichbarer Genauigkeiten berechnet. Diese Simulationsdaten wurden mit Datenanalysemethoden zu hydrodynamischen Kennwerten wie beispielsweise dem Tidehub zusammengefasst. Es wurden harmonische Analysen des Wasserstandes durchgeführt und Tidekennwerte des Wasserstands bzw. statistische Langzeitkennwerte von Wasserstand, Strömungsgeschwindigkeit, Salzgehalt, Wassertemperatur und Schwebstoffgehalt berechnet. </span> <span><strong>Produkte:</strong> Hydrodynamische Kennwerte aus dem Projekt TrilaWatt basieren auf der Analyse der numerischen Simulation von Tide, Seegang, Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration im Bereich des trilateralen Wattenmeers (Niederlande -nl, Deutschland -de, Dänemark -dk) und der Deutschen Bucht als Jahresmittel für das Jahr 2015. Die Daten werden als regelmäßiges 20 m Raster im GeoTIFF-Format bereitgestellt. Kennwerte werden nur für Berechnungszellen bereitgestellt, die im Analysezeitraum immer überflutet waren. In den Datenäquivalenten (*_no_filter) wurde diese Maskierung nicht angewendet. Nicht-gefilterte Datenäquivalente (no_filter) sind, falls physikalisch sinnvoll, ebenfalls erstellt worden. Bei nicht-gefilterten Datenprodukten ist zu beachten, dass die Anzahl der den Mittelwerten zugrundeliegenden Werte vor allem im Flachwasserbereich durch intertidales Trockenfallen geringer ist und damit die Mittelwertbildung beeinträchtigt ist. Die Anzahl an validen Datenpunkten bzw. Tiden pro Jahr (Anzahl gültiger Datenpunkte bzw. Anzahl Tidehochwasser) wird als Rasterdatei zur Einordnung nicht-gefilterter Produkte mitgeliefert.</span> <span><strong>Produktliste:</strong> - Tidehub und Tidehoch- und Tideniedrigwasser: 5-, 50- und 95% Quantil <br> - Laufzeitverschiebung zur Referenzposition „Leuchtturm Alte Weser“ von Tidehoch- und Tideniedrigwasser: Jahresmittelwerte <br> - Tidemittelwasser: 50% Quantil <br> - M2-Partialtide: Amplitude und Phase <br> - Tidehochwasser und validen Datenpunkte: Anzahl pro Jahr<br> - Wasserstand: 1-, 50- und 99% Quantil, Mittelwert, Minimum, Maximum <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Mittelwert, 99- und 99,9% Quantil des Betrags <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Betrag und x- und y-Komponente des Residuums <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter mittlerer, kubierter Betrag <br> - Bodenschubspannung: 99% Quantil, Mittelwert<br> - Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration: tiefengemitteltes 1- und 99% Quantil und Mittelwert (Schwebstoffkonzentration als Summe aus drei Fraktionen mit einer Sinkgeschwindigkeit ws = 0,25, 1,5 und 7 mm/s) <br> - Signifikante Wellenhöhe des Seegangs: 50-, 95- und 99% Quantil, (Jahres-) Mittelwert und Maximalwert <br> - Mittlere Wellenperiode: Jahresmittelwert bei maximaler signifikanter Wellenhöhe<br> - Seegangsrichtung: x- und y-Komponenten des Residuums </span> <span><strong>English:</strong> This web service contains annual averages and quantiles of tidal characteristics, annual averages and quantiles of hydrographic parameters (e.g., depth-averaged salinity, suspended sediments, or sea water temperature), and tidal constituents from harmonic analyses that were estimated from numerical simulations of the year 2015. Data are distributed on regular 20 m grids as GeoTIFFs. </span> <span><strong>Download:</strong> A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads"). </span>

TrilaWatt: Hydrodynamische Kennwerte 2018 (WCS)

<span><strong>Definitionen:</strong> Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Fluiden und die dabei wirkenden Kräfte. Hydrodynamische Kennwerte sind zeitintegrierte, beschreibende Parameter dieser Prozesse. So tragen bspw. die grundlegenden Tidekenngrößen des Tidehochwassers, des Tideniedrigwassers sowie der damit eng verbundenen Werte für Tidestieg, Tidefall und Tidehub dazu bei, die Dynamik der Tide herauszuarbeiten.</span> <span><strong>Datenerzeugung:</strong> Aus numerischen Simulationsdaten wurden physikalische Größen wie beispielsweise Wasserstand oder Strömungsgeschwindigkeit in festen zeitlichen Intervallen unter Berücksichtigung erreichbarer Genauigkeiten berechnet. Diese Simulationsdaten wurden mit Datenanalysemethoden zu hydrodynamischen Kennwerten wie beispielsweise dem Tidehub zusammengefasst. Es wurden harmonische Analysen des Wasserstandes durchgeführt und Tidekennwerte des Wasserstands bzw. statistische Langzeitkennwerte von Wasserstand, Strömungsgeschwindigkeit, Salzgehalt, Wassertemperatur und Schwebstoffgehalt berechnet. </span> <span><strong>Produkte:</strong> Hydrodynamische Kennwerte aus dem Projekt TrilaWatt basieren auf der Analyse der numerischen Simulation von Tide, Seegang, Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration im Bereich des trilateralen Wattenmeers (Niederlande -nl, Deutschland -de, Dänemark -dk) und der Deutschen Bucht als Jahresmittel für das Jahr 2018. Die Daten werden als regelmäßiges 20 m Raster im GeoTIFF-Format bereitgestellt. Kennwerte werden nur für Berechnungszellen bereitgestellt, die im Analysezeitraum immer überflutet waren. In den Datenäquivalenten (*_no_filter) wurde diese Maskierung nicht angewendet. Nicht-gefilterte Datenäquivalente (no_filter) sind, falls physikalisch sinnvoll, ebenfalls erstellt worden. Bei nicht-gefilterten Datenprodukten ist zu beachten, dass die Anzahl der den Mittelwerten zugrundeliegenden Werte vor allem im Flachwasserbereich durch intertidales Trockenfallen geringer ist und damit die Mittelwertbildung beeinträchtigt ist. Die Anzahl an validen Datenpunkten bzw. Tiden pro Jahr (Anzahl gültiger Datenpunkte bzw. Anzahl Tidehochwasser) wird als Rasterdatei zur Einordnung nicht-gefilterter Produkte mitgeliefert.</span> <span><strong>Produktliste:</strong> - Tidehub und Tidehoch- und Tideniedrigwasser: 5-, 50- und 95% Quantil <br> - Laufzeitverschiebung zur Referenzposition „Leuchtturm Alte Weser“ von Tidehoch- und Tideniedrigwasser: Jahresmittelwerte <br> - Tidemittelwasser: 50% Quantil <br> - M2-Partialtide: Amplitude und Phase <br> - Tidehochwasser und validen Datenpunkte: Anzahl pro Jahr<br> - Wasserstand: 1-, 50- und 99% Quantil, Mittelwert, Minimum, Maximum <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Mittelwert, 99- und 99,9% Quantil des Betrags <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Betrag und x- und y-Komponente des Residuums <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter mittlerer, kubierter Betrag <br> - Bodenschubspannung: 99% Quantil, Mittelwert<br> - Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration: tiefengemitteltes 1- und 99% Quantil und Mittelwert (Schwebstoffkonzentration als Summe aus drei Fraktionen mit einer Sinkgeschwindigkeit ws = 0,25, 1,5 und 7 mm/s) <br> - Signifikante Wellenhöhe des Seegangs: 50-, 95- und 99% Quantil, (Jahres-) Mittelwert und Maximalwert <br> - Mittlere Wellenperiode: Jahresmittelwert bei maximaler signifikanter Wellenhöhe<br> - Seegangsrichtung: x- und y-Komponenten des Residuums </span> <span><strong>English:</strong> This web service contains annual averages and quantiles of tidal characteristics, annual averages and quantiles of hydrographic parameters (e.g., depth-averaged salinity, suspended sediments, or sea water temperature), and tidal constituents from harmonic analyses that were estimated from numerical simulations of the year 2018. Data are distributed on regular 20 m grids as GeoTIFFs. </span> <span><strong>Download:</strong> A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads"). </span>

Untersuchung des Wirkbereiches von Schiffswellen im Flachwasser

Berechnung und Messung von Schiffswellen in seitlich begrenztem Fahrwasser Wie weit reichen die schiffserzeugten Wellen und Strömungen des Primärwellensystems eines Schiffes? Neben der Beantwortung dieser Frage soll zusätzlich der validierte Bereich vom Nahfeld des Schiffs in Richtung Ufer vergrößert werden. Dazu werden bestehende Messverfahren zur Vermessung der Wasseroberfläche eingesetzt. Aufgabenstellung und Ziel An den Seehafenzufahrten liegen seitlich der Fahrrinne häufig sehr weitläufige und flache Gewässerbereiche oder angrenzende Strukturen wie Hafenbecken und Seitenarme. In diesen Bereichen beruht die Prognose von Ausbreitung und Wirkbereich schiffserzeugter Primärwellen derzeit auf vereinfachten Annahmen und theoretischen Überlegungen oder muss sehr aufwändig im gegenständlichen Modell mit einem hohen Personal- und Sachmitteleinsatz untersucht werden. Die Relevanz dieser Gewässerbereiche nimmt aufgrund ökologischer Aspekte oder verstärkter Betroffenheiten zu, sodass die Prognosesicherheit der schiffserzeugten Belastungen hier verbessert werden muss. Das bereits zur Berechnung von Schiffsdynamik und schiffserzeugten Belastungen eingesetzte CFD-Verfahren (numerische Strömungssimulation) wird für die projektpraktische Anwendung im Böschungs- und Uferbereich eingerichtet und anhand von Messdaten aus dem Labor und aus der Natur validiert. Anhand von systematischen CFD-Untersuchungen wird ermittelt: (i) unter welchen Bedingungen weit von der Fahrrinne entfernt liegende Böschungs- und Uferbereiche durch schiffsinduzierte Wellen und Strömungen belastet werden, (ii) unter welchen Bedingungen eine Belastung von Böschungen und Ufern entsteht, die sich nicht durch eine lineare Übertragung der Belastungen am Böschungsfuß der Fahrrinne herleiten lässt und (iii) wie sich die Primärwelle in angeschlossenen Gewässerbereichen, bspw. Hafenbecken und Seitenarmen, ausbreitet und quantitativ auswirkt. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Um Fragestellungen in der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße effizient bearbeiten zu können, wurde die Methode der numerischen Strömungssimulation eingeführt. Die Verfügbarkeit eines numerischen Strömungsmodells zur Vorhersage fahrdynamischer Größen und Strömungsbedingungen im Flachwasser ist bei vielen Aufgaben der WSV erforderlich. Zusätzlich zu dem Fokus auf die Schiffsdynamik ist eine Aussage zu der schiffserzeugten Belastung notwendig. In diesem FuE-Projekt soll die Prognosefähigkeit des CFD-Verfahrens insbesondere in Ufer- und Seitenbereichen deutlich erhöht werden. Neben der Verfügbarkeit einer prognosefähigeren Methode werden außerdem anhand der Untersuchungen allgemeingültige Zusammenhänge ermittelt. Damit ist zukünftig für einfache Sachverhalte eine Ableitung der Ausbreitung und Wirkung von Schiffsprimärwellen in Seeschifffahrtsstraßen ohne aufwändige CFD-Simulation möglich. Untersuchungsmethoden Um die oben aufgeführten Ziele zu erreichen, wird das kommerziell verfügbare, bereits seit vielen Jahren in der BAW eingesetzte und für die unterschiedlichen Fragestellungen validierte CFD-Softwarepaket STARCCM+® genutzt (Bechthold und Kastens 2020, Kochanowski und Kastens 2022, Delefortrie et al. 2023). Im Bereich Naturmessungen soll durch Einsatz neuer Vermessungsmethoden, die in der BAW bereits vorhanden sind, eine Verbesserung von Wellen- und Strömungsdaten angestrebt werden, um flächenhafte Daten zum Schiffswellensystem zu erheben. Mit diesen neuen flächenhaften Daten und bereits vorhandenen punktuellen Daten aus dem physikalischen Modellversuch soll das CFD-Verfahren jenseits des Nahbereichs um das Schiff weiter validiert werden. Das validierte Verfahren wird dann für systematische Untersuchungen flacher, weitläufiger Bereiche und angeschlossener Gewässerteile genutzt.

Technisch-biologischer Uferverbau

Zweck und Ziel: Anhand von Versuchsstrecken an den verschiedenen Bundeswasserstrassen soll untersucht werden, ob es moeglich ist, in der Kombination mit dem fuer die Ufer benoetigten Deckwerk in der Wasserwechselzone Pflanzen anzusiedeln. Im Vordergrund steht dabei die Verbesserung der Oekologie des Fliessgewaessers, die Erhaltung seines Charakters, der erosionssichernde Uferverbau und die Beguenstigung der Fauna. Ziel dieser Untersuchung ist, eine wirtschaftliche und sinnvolle Kombination aus Vegetation und Deckwerk zu erarbeiten, die an den Bundeswasserstrassen dazu beitragen soll, einen umweltgerechten naturbezogenen und erosionssichernden Ausbau eines Fliessgewaessers zu ermoeglichen. Ausfuehrung: Z.Z. werden folgende Versuchsstrecken unterhalten und beobachtet: 1. Bei Puenderlich, Mosel-km 94 - Ufersicherung und -begruenung mit Hilfe von Nylonstrukturmatten; 2. Bei Zeltingen, Mosel-km 122,3 - Ufersicherung und -begruenung mit Hilfe von Nylonstrukturmatten; 3. Am Mittellandkanal, km 150,000-159,050 - Bepflanzung in einem mit Colgrete-Beton verklammerten Schuettsteindeckwerk; 4. Am Mittellandkanal, km 180,020-182,670 - Ufersicherung und Roehrichtbepflanzung hinter teilweise abgesenkten Spundwaenden; 5. Am Mittellandkanal, km 189,0-189,4 - wie 4; 6. Am Neckar, km 44,3-44,5 - Ufersicherung und -begruenung bei verschiedenen Deckwerksarten und einer Flachwasserzone. Die Beobachtungen sind langfristig. Bei Vorliegen aussagefaehiger Ergebnisse werden Berichte verfasst oder Empfehlungen fuer Aus- und Neubaumassnahmen abgegeben. Ergebnisse: Zu 2.: An den im Jahr 1987 reparierten sowie auch bei den uebrigen Flaechen der Versuchsstrecke, sind im Berichtsjahr

Quecksilber (Hg) in marinen Flachwasser-Hydrothermal Systemen - eine übersehene Quelle für Hg im globalen Zyklus

Mit der Unterzeichnung des UNEP Minamata Vertrages in 2013 haben Regierungen weltweit die Gefahr und Toxizität von Quecksilber (Hg) anerkannt und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Hg festgelegt. Obwohl Quecksilber in der Umweltforschung schon seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema ist, gibt es noch offene Fragen zu den grundlegendsten Prozessen im globalen Hg Kreislauf und auch bezüglich der Transformation von Hg Spezies. Der Anteil von Hg aus hydrothermalen Quellen könnte einer der bedeutsamsten, natürlichen Beiträge zum globalen Hg Kreislauf sein, jedoch unterscheiden sich die Schätzungen um mehrere Größenordnungen von 20 bis 2000 t pro Jahr. Es gibt, wenngleich widersprüchliche, Daten über Hg Konzentrationen in hydrothermalen Quellen in der Tiefsee, wogegen hydrothermale Quellen in flacher, küstennaher Umgebung bisher jedoch ignoriert wurden. Gerade diese haben jedoch einen großen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der biologisch wichtigen Küstengewässer. Hydrothermale Quellen setzen nicht nur giftige Verbindungen frei, wie z.B. Schwefelwasserstoff und Arsenverbindungen, sondern liefern auch Nährstoffe wie Eisen und Kohlenstoffverbindungen und sind dadurch eine ökologische Nische für Organismen. Obwohl einige Studien diese hydrothermalen Systeme im Flachwasser als eine mögliche Quelle für Hg thematisierten waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Ein Grund könnte die herausfordernde Matrix der hydrothermalen Lösungen sein, sowie eine unzureichende Datenlage um Aussagen über den Gesamteintrag von Hg zu treffen. Noch wichtiger als die Gesamtmenge des Hg Eintrages ist die Verteilung der individuellen Hg-Spezies. Eine fundamentale Transformation ist die Methylierung von Quecksilber (MeHg) und die daraus resultierende Verstärkung der Toxizität. MeHg bioakkumuliert und biomagnifiziert sich innerhalb der marinen Nahrungskette und damit auch letztlich im Menschen. Die Methylierung von Quecksilber ist ein ozeanweites Phänomen. Die niedrigen Konzentrationen von Hg im offenen Gewässer machen das genaue Erforschen dieser biologisch-chemischen Reaktion jedoch schwierig. Hier können hydrothermale Quellen im Flachwasser als natürliche Laboratorien genutzt werden um die Umwandlungsraten von Hg-Spezies und deren Abhängigkeit von Umwelt Faktoren zu bestimmen. Dementsprechend schlagen wir vor, die Speziierung und den Eintrag von Hg für Flachwasser-Hydrothermalsysteme zu bestimmen, um damit bessere Schätzungen für den globalen Quecksilber Kreislauf zu bekommen. Die geplante Arbeit besteht aus 4 Teilen: (1) Probenahme an ausgewählten Standorten, (2) Vollständige Charakterisierung der freigesetzten Hg-Spezies (anorganisches Hg, MeHg und elementares Hg), (3) Bestimmung der Methylierungsrate und (4) eine Schätzung der mengenmäßigen Freisetzung von totalem und methyliertem Hg.

Biologisches Kuestenmonitoring Mecklenburg-Vorpommern - Monitoring Makrozoobenthos

Im Rahmen der Gewaessergueteueberwachung des Landes Mecklenburg-Vorpommern erfolgt seit 1994 eine jaehrliche Beprobung des Makrozoobenthos im Flachwasserbereich der Aussenkueste. Erhoben werden die primaeren oekologischen Daten: Arten, Artenzahl, Abundanz und Biomasse sowie die sekundaeren oekologischen Daten: Dominanz, Praesenz, Diversitaet und Aequitaet.

Methanproduktion durch Mikrophytobenthos und dessen Beitrag am benthischen Methanfluss in der Küstenzone der Ostsee

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.

Transplantation von Steinkorallenfragmenten auf elektrochemisch erzeugte Riffstrukturen

Korallenriffe werden zunehmend mechanisch gestoert; die Bedeckung mit lebenden kalkabscheidenden Steinkorallen ist vielerorts unter die kritische Rate fuer das Riffwachstum gesunken. Zur Rehabilitation geschaedigter Korallenriffe wird in situ geeignetes Besiedlungssubstrat via Elektrolyses aus dem Meerwasser abgeschieden. Neben der Schaffung optimaler Ansiedlungsbedingungen fuer Korallenlarven sorgt eine zusaetzliche 'Aufforstung' mit lebenden Korallenfragmenten fuer die rasche Etablierung von Geruestbildnern. So koennen in veroedeten Arealen Trittsteinbiotope fuer die weitere Besiedlung und grossflaechige Bestandserholung geschaffen werden. Die Methode wurde im Kubikmetermassstab bei Aqaba im Roten Meer erfolgreich erprobt. Spezielle Anlagen fuer die Marikultur von Schwaemmen, Korallen und anderen wirtschaftlich interessanten Arten sowie der Einsatz bei der Schaffung spezieller Erlebnis- und Uebungsraeume fuer Tauchtouristen sind geplant.

Sedimentchemismus und Stoffhaushalt des Federsees, eines durch Abwaesser stark belasteten Flachsees

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