einzugsgebiet zur wechselwirkungen land meer atmosphäre … · skala von regionalen...
TRANSCRIPT
![Page 1: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/1.jpg)
Übergangsbereich mit Wandel auf drei Seiten des natürlichen Systems Meer‐Land‐Atmosphäre
Entwicklungsbereiche für vielfältige, wachsende, teilweise konkurrierende menschliche Aktivitäten
Beobachtungssysteme für das Management globalen/regionalenWandels
verbesserte, nützliche Vorhersagen
Generelle Herausforderungen (ICSU, 2010, 2011): Antizipieren, Kommunizieren der nötigen
Adaptation Innovation in technologischen,
politikbezogenen, sozialen Reaktionen
Vom Einzugsgebiet zur Küste –Wechselwirkungen Land‐Meer‐Atmosphäre‐Mensch
![Page 2: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Einzugsgebiete‐Ästuare‐Küstenmeereals regionale sozial‐ökologische Systeme
verschachtelte, system‐ und skalenübergreifende Systeme, die essentielle Leistungen für die Gesellschaft erbringen
Europas Zukunft:5,4 Mio. Arbeitsplätze und 500 Mrd €Wertschöpfung/Jahr in „Blue Economy“
Schelfmeere und Ästuare:Ökosystemdienst‐
leistungen geschätzt auf 4,3 Billionen €/Jahr
>90% der Wasserkörper in Europa (Land und Küste) sind in ihrem ökologischen
Zustand bedroht (EEA 2015).
Globaler→regionaler Wandel
![Page 3: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/3.jpg)
Folgen des globalen Klimawandels für Regionalklima und Hydrologie
Starkregen und Hochwässer werden bis 2100 signifikant zunehmen (IPCC, 2014; Hirabayashi et al. 2013; Aflieri et al. 2015)
EURO‐CORDEX (Jacob et al. 2014)
![Page 4: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/4.jpg)
North Sea
Beispiel Hydrologische Extreme – Hochwasser 2013
• Flussfrachten der Elbe 5‐50 fach erhöht (NO3‐+ NO2
‐, NH4+, PO4
3‐, Si)• Schadstoffgehalte (Elemente) mit denen vom Hochwasser 2002 vergleichbar• Beträchtlicher Teil der Jahresfracht an organischen/anorganischen Schadstoffen• Stratifizierung des Küstenmeeres, ungewöhnliche Sommerblüte, Effekte auf O2
Cuxhaven, DE
MODIS Chlorophyll‐a, July 6 2013Voynova et al., 2017
![Page 5: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/5.jpg)
Pätsch & Lenhart, 2004 mit update
War das ungewöhnlich?
„Ozeanisches“ Strömungsmuster RestströmeHauptkomponente 2 (11,6% der Varianz)
Die Nordsee wird durch Erwärmungoligotropher, da weniger Nährstoffe mit Atlantik‐Zwischenwasser in die Nordsee advektiert werden. (Gröger et al., 2013; Mathis & Pohlmann, 2014)
Elbe
Callies & Scharfe, 2015
![Page 6: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/6.jpg)
Ausgewählte Forschungsfragen
• Welches sind vergangene und zukünftige Muster der Häufigkeit und Saisonalität hydrologischer Extreme und quasi‐periodischer Wetteränderungen? – ↔ Thema Klima‐/Küstendynamik
• Wie spielen Änderungen der Hydrologie an Land mit Änderungen der Advektion ozeanischer Wassermassen in die Schelf‐ und Küstenmeere zusammen? Relevante Zeit‐/Raumskalen? Hotspots (Wattenmeer)?– ↔ Thema Klima‐/Küstendynamik
• Welche Konsequenzen hat das für Küstenmeer‐Ökosysteme? – ↔ Themen Multiple Stressoren; Biodiversität; lebende Ressourcen
![Page 7: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/7.jpg)
Stoffflüsse entlang des Fluss‐Meer‐Atmosphäre Kontinuums
![Page 8: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/8.jpg)
KüNO‐Ergebnisse
persistente organischeSchadstoffe
Eutrophierungsindikator15N
persistente organische Substanzen
Schwermetalle
![Page 9: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/9.jpg)
Folgen zunehmender Intensivierung und Diversifizierung des chemischen Anthropozäns
9
Pbt‐Substanzen: persistent,bioakkumulierend und toxisch.Typischerweise werden sie über weite Entfernungen durch die Atmosphäre transportiert.
Etwa 1000 – 3000 neue organischeSubstanzen geben Anlass zu Sorge.
Große Teile der AquifereNorddeutschlands sind belastet mit reaktivem N.
rot: >50 mg/L im GrundwasserMinderungsbedarf Flüsse: 40%
Nach Jahren der Reduzierung von N‐Einträgen scheinen die Frachten der Flüsse wieder zu steigen(Eisele et al., in prep.)
![Page 10: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/10.jpg)
Stickstoff in submarinen Grundwässern
DIN = NO3+ NO2 + NH4
OberflächenwasserKiel Außenförde ~ 1.6 µmol/l
• Meeresspiegelanstieg und Hydrologie interagieren in küstennahen Aquiferen
• submarine Grundwasseraustritte beeinflussen die Nährstoff-und Schadstoffbilanzen von Nord- und Ostsee
(Scholten, pers. comm. 2018)
![Page 11: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/11.jpg)
Schadstoffmuster einzelner Fluss‐Meer‐Systeme
0.00.20.40.60.81.0
TiBP TnBP TCPP TCEP TBEP TDCP TPhP TCP
Scheldt Elbe Rhine Thames
Po Gironde Danube Xiaoqing (China)
Organophosphat‐Flammschutzmittel
UV‐Stabilisatorenper‐ und polyfluorierte Alkylsubstanzen
REE in MRT‐Kontrastmitteln, AntibiotikaHe
ydebreck
et al., 2015
Zimmerman
n et al., in prep
Wolschkeet al., 2017
Apel et a
l., 2017
![Page 12: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/12.jpg)
Meer‐Land‐Transporte von Schadstoffen: NO2 und PM2.5 aus Schifffahrt
PM2.5
Aulingere
t al., M
atthias e
t al.
![Page 13: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/13.jpg)
Ausgewählte Forschungsfragen
• Welches sind Einzugsgebiet‐spezifische Muster von– organischen und anorganischen (Schad‐)Stoffen, – eutrophierenden Substanzen, organischem Material– Plastik, Antibiotika, Resistomen
• Verteilungswege, Abschwächung im Küstenmeer? • Telekonnektionen: Auswirkungen von Klima‐, Landnutzungswandel, Gesetzgebung, wasserbaulichen Maßnahmen?
• Wirkungen einzeln oder in Kombination mit anderen Stressoren auf Organismen und Ökosysteme?
• Integrierte Bilanzen von klimarelevanten Gasen auf der Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen?
![Page 14: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/14.jpg)
Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren
Zustand:Prozesse, Ökosystemleistungen, Belastungen, BiotaKlimawandel: Flussganglinien, Temperaturen, Meeresspiegel, Verweildauer von Wasser im ÄstuarVeränderungen der Nutzung: Hydro‐, Sediment,‐Stoffdynamik
![Page 15: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/15.jpg)
Verbesserung Lichtklima, erhöhteProduktivität im oberen Ästuar
In das Ästuar gerichteterTransport von der Nordsee
Partikuläres N wird in Nitratumgewandelt, 25% der O2Zehrung durch Nitrifizierung(Nitrat 15N), Nitratgehalte steigen
N‐Umsätze (N2O maximum, O2Minimum) im Hafen
Sanders et al., 2017; Brase et al., 2017
Sediment‐fracht
gelöste, partikuläreFrachten
ARGE Elbe
N‐Umsätze, Sauerstoff, Treibhausgase
![Page 16: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/16.jpg)
Partikeldynamik und Sedimenttransporte im Ästuar
„Liquid mud ist das größte Problem aller europäischen Häfen“ (HPA)
Fahrrinnenmanagement gepaart mit Wandel in Hydrologie, Morphodynamik, Meeresspiegel, Biogeochemie und Biologie verschiebt die Stoffgleichgewichte in bisher unvorhersehbarer Weise
Die naturräumliche und gesellschaftliche Dynamik tidebeeinflusster wie nicht‐tidaler Ästuare erfordert spezifische Beobachtungs‐ und Modellstrategien, Interaktion mit diversen Interessengruppen, und vor allem Ganzheitlichkeit
Spiteri et al. (2011)
![Page 17: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/17.jpg)
Data: WGMN Hamburg, WSH Hamburg,NLWKN Stade
Erste Schritte zu einem vorhersagefähigem biogeochemischen Ästuarmodell
Holzwarth (BAW) & Wirtz (HZG), 2018
Sauerstoff und seine Abhängigkeit von menschlichen Eingriffen (Bathymetrie, Flussablauf, Nährstoffregulierung,….)
grau: Daten
ab Wehr Geesthacht
![Page 18: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/18.jpg)
Ausgewählte ForschungsfragenWie interagieren Hydrodynamik und Sedimentbudgets von Ästuaren?
Import/Export von Sediment, Morphodynamik Rolle von gelöstem, partikulärem DOM, SPM, Produktion Prozesse in der Trübungszone
Wie steuern sie die Stoffumsätze in Ästuaren?Quantifizierung Remineralisation, Sauerstoffhaushalt, Übergang P‐ zu N‐
Limitierung von Plankton, benthisch‐pelagische KopplungPartikelbildung, Interaktionen, HerkunftsanalyseBilanzierung von Treibhausgasen
Welches sind isolierte und gekoppelte Effekte des Fahrrinnen‐Managements auf
Hydrodynamik, Stoffbilanzen, Lage und Umsätze in Hotspots
Ökosystemfunktionen und – leistungenWelche Bedeutung haben Flussmündungen als Aufzuchts‐und Verbreitungsgebiet von
Fischen, besonders schutzbedürftigen Arten und Seevögel?
![Page 19: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Wie ändern sich regionale Land‐Meer‐Atmosphäre Systeme, zum Beispiel entlang von Gradienten des regionalen Klimawandels und menschlicher Nutzung (Detektion)? Zustände und Bereiche der Schwankungen, Trends, die Rolle von
Extremen, direkter/indirekter menschlicher Einfluss Untersuchungen nicht/ungenügend verstandener Prozesse
Was sind Gründe für den Wandel (Attribution)? Entschlüsselung von Interaktionen zwischen natürlichem Wandel und
menschlichen Aktivitäten
Was sind mögliche/plausible Konsequenzen von Änderungen im Naturraum und spezifischer oder kombinierter menschlicher Interventionen (nützliche Vorhersagen)? Bedrohungs‐ und Risikoabschätzung aufgrund regionaler Szenarien
(Modellierung); wie wirken Veränderung auf Menschen zurück? Integration, Synthese und Kommunikation
Zusammenfassende Fragen, Herausforderungen
![Page 20: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/20.jpg)
Grundlagen • Ausbau verteilter aber integrierter Datenstrukturen und Analyse
der Zusammenhänge zwischen Wetter‐/Klimaänderungen und historischen menschlichen Eingriffen, kritischer Zonen
• Ausbau von Beobachtungsinfrastruktur auf adäquaten Zeit‐ und Raumskalen mit Fokus auf Hotspots
• Entwicklung szenarienfähiger gekoppelter regionaler Erdsystemmodelle– Hydrodynamik, Sedimenttransport, Küstenmeer– Biogeochemie, Biologie, Schadstoffe, Gase– Parametrisierung menschlicher Einflusskomplexe und Ressourcennutzung
• Szenarienerstellung gemeinsam mit wesentlichen sektoralen Beteiligten und Interessengruppen Modellgestützte Analyse der Interaktionen sektoraler
Entwicklungsszenarien auf Regionalskala• Aufbau eines Ökosystemleistungs‐Modell‐ und Bewertungssystems
für Küstenlandschaften und Schutzgebiete als enges Kooperationsvorhaben zwischen Wissenschaft und Praxis
![Page 21: Einzugsgebiet zur Wechselwirkungen Land Meer Atmosphäre … · Skala von regionalen Fluss‐Meer‐Systemen? Anthropogene Regime Shifts in Ästuaren Zustand: Prozesse,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022041222/5e0b89983e83c331d5177b53/html5/thumbnails/21.jpg)
Beteiligte
Berit Brockmeyer (BSH)Hans Burchard (IOW)Jana Friedrich (HZG)Gunnar Gerdts (AWI)Tim Jennerjahn (ZMT)Andreas Schöl (BfG)Jan Scholten (Uni Kiel)Kai Wirtz (HZG)Gesine Witt (HCU)