Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wasserqualität und Schadstoffabbau in Feuchtgebieten

07.12.2012
Bayreuther Wissenschaftler entwickeln neuartiges Modell für den Zusammenhang von Geländestrukturen und biogeochemischen Prozessen

Feuchtgebiete sind dafür bekannt, dass sie eine zentrale Bedeutung für den Wasserhaushalt in der Natur und für die Qualität des Wassers haben. Eine wichtige Funktion kommt dabei den im Boden lebenden Organismen zu. Die von ihnen ausgelösten biogeochemischen Prozesse – vor allem die sogenannten Redox-Reaktionen – tragen entscheidend dazu bei, dass lösliche Nährstoffe und Schadstoffe biologisch abgebaut oder durch fließende Gewässer abtransportiert werden.


Mit Hilfe des in Bayreuth entwickelten Modells ist es möglich, komplexe Wechselwirkungen innerhalb von Feuchtgebieten zu simulieren, wie beispielsweise auf den Versuchsflächen am Lehstenbach im Fichtelgebirge. Simulationen zeigen die Entwicklung von „Hot Spots“, also von räumlich begrenzten Bereichen mit besonders hoher biogeochemischer Prozess- aktivität (hier: dem Abbau von Sulfat) relativ zu ihrer Umgebung. Auf diese Weise werden Zusammenhänge zwischen diesen Prozessen und der Geländestruktur sichtbar, von der es wesentlich abhängt, wohin Nähr- und Schadstoffe in fließenden Gewässern transportiert werden.
Sven Frei, Universität Bayreuth

In Feuchtgebieten sind diese Vorgänge keineswegs gleichmäßig verteilt. Vielmehr treten sie an einigen Stellen, die in der Forschung als „Hot Spots“ bezeichnet werden, in besonders hoher Konzentration auf. Und nur zu bestimmten Zeiten, in den so genannten „Hot Moments“, erreichen sie eine außerordentlich hohe Intensität.

Schon seit längerer Zeit setzt sich die hydrologische Forschung daher mit der Frage auseinander, welche Faktoren die räumliche Verteilung der „Hot Spots“ und die zeitliche Verteilung der „Hot Moments“ innerhalb von Feuchtgebieten bestimmen. Häufig hat man sich darauf beschränkt, die unterschiedliche Häufigkeit und Intensität biogeochemischer Prozesse allein mit der Bodenbeschaffenheit zu erklären. Doch ein grundlegendes Verständnis konnte auf diesem Weg bisher nicht erzielt werden.

Einem Forschungsteam am Lehrstuhl für Hydrologie der Universität Bayreuth ist es jetzt aber gelungen, ein theoretisches Modell zu entwickeln, das es ermöglicht, die ober- und unterirdischen Wasser- und Stoffflüsse in Feuchtgebieten zu simulieren. Mit diesem Modell konnten sie nachweisen, dass die Geländestrukturen sowie die ober- und unterirdischen Wasserverläufe die hauptsächliche Ursache dafür sind, wo und wann es zu einer Konzentration biogeochemischer Prozesse im Boden kommt.

Es ist – wissenschaftlich gesprochen – die Rolle der Mikrotopographie, die in bisherigen Forschungsansätzen unterschätzt wurde. Das in Bayreuth entwickelte Modell hat dagegen eine höhere Erklärungskraft. Es bietet die Chance, besonders günstige Bedingungen für den Abbau und den Abtransport von Schadstoffen in Feuchtgebieten zu ermitteln.

Die Bayreuther Forscher um Sven Frei sind bei der Modellierung aber nicht stehen geblieben. Auf einer Versuchsfläche im Fichtelgebirge haben sie parallel dazu umfangreiche empirische Untersuchungen betrieben. Dabei haben sie die räumliche Verteilung der Stellen, an denen besonders zahlreiche Prozesse zum Abbau von Nähr- und Schadstoffen ablaufen, mit Geländestrukturen sowie mit ober- und unterirdischen Flussverläufen in Beziehung gesetzt. Wie sich herausstellte, stimmten die im Modell durchgeführten Berechnungen weitgehend mit den empirischen Befunden überein.

„Weil die Messungen im Fichtelgebirge so gut zu den idealtypischen Modellberechnungen passen, die wir am Computer durchführen, sehen wir uns ermutigt, weiter an einer Präzisierung unseres Modells zu arbeiten,“ erklärt Sven Frei. „Wir verstehen unsere Forschungsarbeit als eine Ergänzung der bisherigen Erklärungsversuche, die sich ausschließlich auf wechselnde Bodenverhältnisse bezogen haben. Es würde uns freuen,

wenn wir auf diese Weise dazu beitragen können, konkrete Maßnahmen im Natur- und Gewässerschutz möglichst effizient zu gestalten.“

Veröffentlichung und Ansprechpartner:

Veröffentlichung:
S. Frei, K. H. Knorr, S. Peiffer, and J. H. Fleckenstein,
Surface micro-topography causes hot spots of biogeochemical
activity in wetland systems: A virtual modeling experiment
in: Journal of Geophysical Research (2012), Vol. 117.
DOI: 10.1029/2012JG002012
Ansprechpartner:
Sven Frei
Lehrstuhl für Hydrologie Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921/55-2297
E-Mail: sven.frei@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Ein neuer Indikator für marine Ökosystem-Veränderungen - der Dia/Dino-Index
21.08.2017 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

nachricht Fernerkundung für den Naturschutz
17.08.2017 | Hochschule München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

22.08.2017 | Physik Astronomie

Forscher beschreiben neuartigen Antikörper als möglichen Wirkstoff gegen Alzheimer

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Virus mit Eierschale

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie