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Messungen im Extrembereich

Elbe: Beeinträchtigt extremes Niedrigwasser die Wasserqualität?

| Autor/ Redakteur: Susanne Hufe* / Dr. Ilka Ottleben

In der Elbe herrscht derzeit extremes Niedrigwasser. In Magdeburg z.B. liegt der Pegel momentan bei rund 53 Zentimetern und damit nur knapp über dem Rekordniedrigstand von 46 Zentimetern. Wie wirkt sich das auf die Wasserqualität aus? Mit kaum Wasser unterm Kiel haben Helmholtz-Forscher nun Messungen im Extrembereich begonnen.

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UFZ-Forschungsschiff Albis
UFZ-Forschungsschiff Albis
(Bild: André Künzelmann / UFZ)

Leipzig – Auf mehr als 580 Kilometer zieht sich die Elbe von der deutsch-tschechischen Grenze in Schmilka bis nach Geestnacht kurz vor Hamburg. Wie sich das extreme Niedrigwasser auf die Wasserqualität auswirkt, ist eine der zentralen Fragen, auf die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) Antworten finden wollen. Sie haben deshalb am 29. August, von Schmilka aus ihre neuntägige Fahrt auf dem UFZ-Forschungsschiff Albis gestartet.

Eingebettet ist die Messkampagne in die MOSES-Initiative, bei der WissenschaftlerInnen aus neun Helmholtz-Einrichtungen unter anderem untersuchen, wie sich infolge des Klimawandels hydrologische Extremereignisse wie Hoch- und Niedrigwasser auf den Wassereintrag in Böden, die Wasserqualität der Binnengewässer und den stofflichen Eintrag ins Meer auswirken.

Messung an 24 Standorten von Schmilka bis Geesthacht

An 24 Standorten von Schmilka bis Geesthacht, jeweils links- und rechtsseitig sowie mittig der Elbe, werden die UFZ-Wissenschaftler Proben nehmen. In Absprache mit den Landesbehörden in Sachsen und Sachsen-Anhalt messen sie mit einer Multiparametersonde Temperatur, Sauerstoff, die Konzentrationen schwebender Algen oder die Trübung des Fließgewässers sowie chemische Parameter von Wasserproben wie partikuläre und gelöste Nährstoffe, Schwermetalle, seltene Erden und Mikroschadstoffe.

Algenwachstum – positiv oder schädlich für die Wasserqualität?

Ein Schwerpunkt der Messkampagne ist die Analyse von Phytoplankton, das sind im Wasser schwebende einzellige Algen. Sie dienen vielen Tieren im Gewässer als Nahrung und nehmen gleichzeitig Nährstoffe wie Phosphat und Nitrat auf. So kann moderates Algenwachstum einen positiven Einfluss auf das Gewässer haben. Übermäßiges Algenwachstum führt hingegen zu einer Abwertung der Wasserqualität - man spricht dann von Eutrophierung. Es kommt also für die Elbe und auch für die nachgelagerten Küstengewässer auf die richtige Balance an. Und diese kann durch ein extremes Niedrigwasser gestört werden.

Charakterisierung von gelöstem organischem Material

Im Fokus der Testfahrt steht zudem eine genaue Charakterisierung von gelöstem organischem Material. Dabei können die Wissenschaftler mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie mehr als 1.000 Elementarkomponenten in diesen hoch komplexen Gemischen identifizieren und deren Veränderung entlang der Elbe auf bakterielle Aktivität und Biomasseproduktion zurückführen.

Zusätzliche Messungen an den Mündungen von Saale, Mulde, Schwarzer Elster und Havel

Zusätzlich finden auf der Flussfahrt nach dem gleichen Schema auch Messungen an den Mündungen von Saale, Mulde, Schwarzer Elster und Havel statt. Diese Zuflüsse sind von großem Interesse, weil sie die Wasserqualität der Elbe stark beeinflussen können. So prägt beispielsweise die Saale als größter Zufluss die Elbe durch eine hohe Salzbelastung.

Extremes Niedrigwasser

Anders als mit Standardmessungen vom Ufer aus ist es mit dieser Messfahrt möglich, sich über 580 Kilometer ein detailliertes Bild zu machen, welche Prozesse etwa bei der Umwandlung von Nährstoffen und Schadstoffen im Wasserkörper der Elbe ablaufen. Zudem fanden die Messkampagnen der vergangenen Jahre nie bei einem solch extremen Niedrigwasser statt. So liegt derzeit zum Beispiel in Magdeburg der Pegel bei rund 53 Zentimetern nur knapp über dem Rekordniedrigstand von 46 Zentimetern.

„Die Umsetzung von Kohlen- und Stickstoff sowie Phosphor bei diesem extremen Niedrigwasser zu analysieren, ist für uns besonders interessant und hilft uns, Prognosen für zukünftige Extremsituationen zu erstellen“, sagt UFZ-Fließgewässerökologe Prof. Dr. Markus Weitere und Mitglied der MOSES-Arbeitsgruppe Hydrologische Extreme. Da bei diesem Wasserstand die Elbe sehr langsam fließe und stark besonnt sei, könnte es besonders in unteren Flussabschnitten zu starken Eutrophierungserscheinungen kommen.

Auch die wachsende Vermüllung unserer Meere mit Plastikmüll haben die Helmholtz-Forscher im Blick. Dazu sind sie auf hoher See unterwegs:

Eingebettet ist die jetzige Elbe-Fahrt in weitere Testkampagnen, die im Rahmen der MOSES-Initiative im April und Juni zwischen der Elbemündung in Cuxhaven und Helgoland stattfanden und die im September noch um eine weitere Fahrt ergänzt werden soll.

Ergänzendes zum Thema
MOSES: Extreme Niederschlagsereignisse und mehr im Blick

MOSES steht für „Modular Observation Solutions for Earth Systems“. In dieser vom UFZ koordinierten Initiative bauen neun Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft zwischen 2017 und 2022 gemeinsam mobile und modular einsatzfähige Beobachtungssysteme auf, um die Auswirkungen zeitlich und räumlich begrenzter dynamischer Ereignisse, wie extremer Niederschlags- und Abflussereignisse, auf die langfristige Entwicklung von Erd- und Umweltsystemen zu untersuchen.

Beteiligt sind daran Helmholtz-WissenschaftlerInnen auf Forschungsschiffen des Helmholtz-Zentrums Geesthacht, des Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung und des GeomarHelmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel. „Die Testfahrten in diesem Jahr dienen dazu, wichtige wissenschaftliche Daten zu erheben und in Kooperation zwischen den Helmholtz-Einrichtungen die Abläufe der umfangreichen Messeinsätze zu üben“, sagt die MOSES-Projektleiterin Dr. Ute Weber.

Sie seien zugleich Generalprobe für eine noch größere Elbe-Testkampagne, die im kommenden Jahr unter Leitung des UFZ stattfindet und an der weitere sieben an MOSES beteiligte Helmholtz-Einrichtungen dabei sein werden. Diese soll sich von Schmilka bis in die Nordsee erstrecken. Ziel wird dann sein, in einer Prozesskette die Auswirkungen auf terrestrische und marine Ökosysteme zu analysieren - beginnend von Starkregen- und Gewitter-Ereignissen an Land, über hydrologische Abflüsse bis hin zur Analyse einer Vielzahl von Stoffen, die in der Elbe und schließlich in der Nordsee landen.

* S. Hufe: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, 04318 Leipzig

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