Küstenforschung


Biodiversität

Der Begriff Biodiversität wird oft mit dem Begriff Artenvielfalt gleichgesetzt. Die eigentliche Bedeutung von Biodiversität geht jedoch über die der Artenvielfalt ein ganzes Stück weit hinaus. Neben der Artenvielfalt beinhaltet der Begriff Biodiversität auch die genetische Vielfalt innerhalb einer Art sowie über die Artenebene hinaus die Vielfalt der Ökosysteme auf der Erde.

In Artikel 2 der UN-Biodiversitätskonvention wird Biodiversität definiert als „die Variabilität unter lebenden Organismen jeglicher Herkunft, darunter unter anderem Land-, Meeres- und sonstige aquatische Ökosysteme, und die ökologischen Komplexe, zu denen sie gehören; dies umfaßt die Vielfalt innerhalb der Arten und die Vielfalt der Ökosysteme.

Die UN-Biodiversitätskonvention (Convention on Biological Diversity (CBD)) ist von mittlerweile über 170 Regierungen ratifiziert und das wichtigste politische Instrument wenn es darum geht, die biologische Vielfalt als Grundlage für das menschliche Wohlergehen zu erhalten. Alle zwei Jahre kommen die Vertragsstaaten zu einer großen Biodiversitätskonferenz zusammen.

Jedes Jahr am 22. Mai wird weltweit – mit wechselndem Fokus – der Internationale Tag der Biodiversität gefeiert. Im Jahr 2017 stand der Internationale Tag der Biodiversität unter dem Motto „Biodiverstität und nachhaltiger Tourismus„.


Klimawandel führt zum Zerfall der arktischen Küsten

Im gemeinsamen Forschungsprogramm PACES II (Polar Regions and Coasts in a Changing Earth System) mit dem Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven sind so genannte „Permafrostküsten“ ein Forschungsgebiet. Permafrost wird als  „Boden, Sediment oder Gestein, welches in unterschiedlicher Mächtigkeit und Tiefe unter der Erdoberfläche mindestens zwei Jahre ununterbrochen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufweist“ definiert.

Auf der Wissensplattform „Erde und Umwelt“ (ESKP) berichten die Kollegen über den Zerfall arktischer Permafrostküsten und den daraus resultierenden Folgen.

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Screenshot Website ESKP

Etwa ein Drittel aller Küsten der Erde sind Permafrostküsten, deren Sedimente seit Jahrtausenden gefroren waren. Mit abnehmender Meereisbedeckung und gleichzeitig steigendem Meeresspiegel und ansteigenden Lufttemperaturen zerfallen die Küsten zunehmend, da der Permafrost taut und die Wellen über das Jahr verteilt einen stärkere erodierende Wirkung haben. Dabei werden die im Boden eingelagerten Stoffe sowie Tier- und Pflanzenreste gelöst und verteilen sich im Meer. Klimawirksame Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan werden freigesetzt. Das Gleiche gilt für Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor oder auch Schadstoffe wie Quecksilber. Der Nährstoffeintrag könnte einerseits zur Düngung und Erhöhung der Primärproduktion führen, andererseits dringt durch die Trübung weniger Licht ins Meer und erschwert die Photosynthese für das Phytoplankton. Die Freisetzung all dieser Stoffe verändert die Lebensbedingungen in den Küstenzonen mit langwierigen Konsequenzen: Die Folgen für das Nahrungsnetz können bisher nur erahnt werden. (Quelle: Artikel auf ESKP)

==> Die Küsten in der Arktis zerfallen weitgehend unbeobachtet


Regen- und Starkregentage

Beitrag von Schülerpraktikant Jarno

Regentage sind Tage an denen es regnet könnte man jetzt denken, aber so einfach ist das nicht. Denn ein Tag ist per Definition des Norddeutschen Klimaatlas nur dann ein Regentag, wenn mindestens 1mm Niederschlag innerhalb von 24 Stunden gefallen ist. Das entspricht 1 l/m². Dabei ist es egal, ob dieser Niederschlag als Regen oder Schnee fällt.

Bei der zweiten Kategorie- dem Starkregentag – ist das auch nicht anders. An einem Starkregentag muss es mindestens 10mm (10l/m²) Niederschlag in 24 Stunden geben. Der Norddeutsche Klimaatlas unterscheidet noch zwischen Starkregentagen mit mindestens 10 mm (10l/m²) Niederschlag und Starkregentagen mit 20 mm (20l/m²) Niederschlag und mehr.

Der Deutsche Wetterdienst gibt bei Starkregen ab > 25 l/m² in einer Stunde oder > 35 l/m² in sechs Stunden eine Unwetterwarnung (Stufe 3) heraus. Ab > 40l/m² in einer Stunde oder > 60l/m² in sechs Stunden wird durch den DWD sogar vor extremem Unwetter gewarnt (Stufe 4).

Diese großen Wassermengen können – besonders wenn sie geballt und in kurzer Zeit auftreten – beispielsweise zu ansteigenden Wasserspiegeln, Überschwemmungen und Erosionen führen.


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ADCP

Beitrag von Schülerpraktikant Jarno

ADCP ist eine Abkürzung für: „Acoustic Doppler Current Profiler“, was auf Deutsch so viel heißt wie: „Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser“. Das Gerät ist ein Aktivsonar zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit. Es kann beispielsweise im Schiffsboden montiert werden.

Und so funktioniert das Gerät: Es sendet Ultraschall mit einer Frequenz von 500 kHz–10 MHz  aus und nutzt dabei die Doppler-Frequenzverschiebung des Nachhalls von Schwebeteilchen im Wasser zur Bestimmung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit.

Über die Laufzeit, die der Schall braucht, berechnet man die Entfernung der Streuobjekte vom Aussendekopf (Transducer). Mit mindestens drei Transducern erhält man drei unabhängige Strömungsinformationen, die zu einem kompletten dreidimensionalen Strömungsvektor mit Betrag und Richtung kombiniert werden können.

 


Sturmtage

Beitrag von Schülerpraktikant Jarno

Wir reden oft davon: „Ach, heute ist es aber stürmisch“; „Heute ist ja ein richtiger Sturmtag“. Aber wie ist ein Sturmtag eigentlich definiert?

Sturmtage nennt man Tage, an denen ein stürmischer Wind weht. Das ist Stufe 8 auf der Beaufort-Skala. Diese Stufe entspricht einer Windgeschwindigkeit von 62 km/h oder mehr. Man nimmt hierbei zur Bestimmung das höchste am Tag auftretende Zehn-Minuten-Mittel. Das bedeutet den höchsten Mittelwert von zehn Minuten, der an dem Tag gemessen wurde.

Wie viele Sturmtage es in der Vergangenheit in Norddeutschland gab, wie es damit heute aussieht und wie sich die Häufigkeit von Sturmtagen in Zukunft verändern könnte, darüber geben der Norddeutsche Klimamonitor (Gegenwart und Vergangenheit) und der Norddeutsche Klimaatlas (Zukunft) unseres Norddeutschen Klimabüros Auskunft.


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doi

In Literaturverzeichnissen findet sich hinter Literaturangaben häufig das Kürzel doi, gefolgt von einer mehr oder weniger langen Abfolge von Zahlen, Zeichen und manchmal auch ganzen Wörtern. Was hat es damit auf sich?

Das Kürzel doi steht für digital object identifier, was frei übersetzt so etwas wie digitale Objektkennzeichnung bedeutet. Allgemein steht dahinter ein Konzept zur eindeutigen weltweiten Identifikation von digitalen Ressourcen.

Da die Wissenschaft und mit ihr wissenschaftliche Publikationen sich in der Vergangenheit immer weiter von gedruckten Werken weg und in Richtung digitale Publikation entwickelt haben, ist es umso wichtiger, eine Publikation so zu kennzeichnen, dass sie auch im digitalen Zeitalter eindeutig wieder auffindbar ist.

Hier kommt der doi ins Spiel. Jeder Publikation wird genau ein doi-Name zugeordnet, der nur für diese Publikation gilt und sie damit per Suchfunktion eindeutig auffindbar macht. Ein doi-Name beginnt immer mit 10., darauf folgt die Organisation bzw. deren ID. Verlage und andere Organisationen mit einer größeren Hausnummer an Publikationen bekommen jeweils eine eigene Nummer zugewiesen und können die ID selbst vergeben.

Wenn man möchte, kann man den doi-Namen auch gleich zu einer URL umwandeln, die dann nur noch in den Browser eingegeben werden muss, um zur Publikation zu gelangen. Ein großer Vorteil der doi-URL ist, dass sich so die hinterlegte Publikation auch dann wiederfinden lässt, wenn sich ihr Ablageort im WWW geändert hat, beispielsweise durch eine Umstrukturierung oder Umzug einer Webseite. Die doi-URL veraltet also im Gegensatz zu einer statischen URL nicht und führt immer an die richtige Stelle.

Auch Metadaten wie Autorennamen oder Erscheinungsjahr können unter dem doi-Namen abgespeichert werden, die wiederum von manchen Literaturverwaltungsprogrammen durch Eingabe der doi automatisch mit importiert werden und so einen weiteren Arbeitsschritt sparen.

Wer noch mehr zum doi erfahren und vielleicht wissen möchte, wie er für seine Publikation eine doi bekommt, der ist auf der offiziellen Webseite des Digital Object Identifier System gut aufgehoben.


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Beaufort-Skala

Aktuell ist es windig in (Nord)Deutschland. In den Wettervorhersagen ist in diesen Tagen immer wieder von starkem Wind, stürmischen Böen oder auch Sturm die Rede. Doch worin unterscheidet sich eigentlich Wind von Sturm und welchen Maßstab zieht man zur Unterscheidung heran?

Vereinfacht kann man sagen, dass der Wind sich vom Sturm durch seine Geschwindigkeit unterscheidet. Das weltweit wohl am weitesten verbreitete System zur Beschreibung von Windgeschwindigkeiten ist die Beaufort-Skala. Sie wurde Anfang des 19. Jahrhunderts entwickelt und nach Sir Francis Beaufort, einem Hydrografen der britischen Admiralität, benannt.

Mit Hilfe der Beaufort-Skala kann anhand der Auswirkungen des Windes auf die aktuelle Windgeschwindigkeit geschlossen werden. Die Windgeschwindigkeit wird also nicht direkt gemessen, sondern mittels Beobachtungen im Umfeld des Windes abgeschätzt. Dabei ist von Windstärke 0 – Windstille – bis Windstärke 12 – Orkan – alles möglich.

Fühlt man beispielsweise während des Gehens gegen den Wind spürbaren Widerstand und bewegen sich ganze Bäume, hat man es vermutlich mit steifem Wind der Windstärke 7 zu tun, der mit 13,9 bis 17,1 Metern/Sekunde oder 50 bis 61 Kilometern/Stunde über das Land fegt. Werden Bäume gebrochen oder sogar entwurzelt, spricht von einem schweren bis orkanartigen Sturm (Windstärke 10 bis 11) mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 117 km/h. Alles darüber wird als Orkan der Windstärke 12 zusammen gefasst und geht mit schweren Verwüstungen einher.

Windstille (Windstärke 0) dagegen erkennt man beispielsweise daran, dass Rauch senkrecht aufsteigt. Und eine frische Brise lässt kleine Baumkronen schwanken und auf Gewässern Schaumkronen entstehen.

Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die Beaufort-Skala von der Internationalen Meteorologischen Organisation auf 18 Stufen erweitert, später von ihrer Nachfolgeorganisation, der World Meteorological Organization, aber wieder auf die ursprünglichen 12 Stufen gekürzt.

Eine Übersicht der 12 Stufen findet man zum Beispiel auf der Webseite des Deutschen Wetterdienstes. Oberhalb von Stufe zwölf werden heute die Saffir-Simpson-Hurricanskala und die Fujitta-Skala angewandt.


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Proxy

In der Klimaforschung – besonders in der Erforschung des Klimas der ferneren Vergangenheit, der Paläoklimatologie – ist oft der Begriff Proxy zu hören. Doch was bedeutet der sonst eher aus der IT bekannte Begriff in diesem Zusammenhang? Was sind Klima-Proxies?

Zunächst einmal steht der Begriff Proxy wörtlich genommen für „Stellvertreter“ (englisch: proxy representative) oder auch für „den Nächsten“ (lateinisch: proximus). Bleiben wir bei der Bedeutung Stellvertreter, denn diese kommt der Bedeutung für die Klimaforschung schon ziemlich nah.

In der heutigen Zeit sind wir es gewohnt, dass Wetterdaten fortlaufend und lückenlos erhoben und aufgezeichnet werden können. Dafür sorgen unzählige professionelle und hobbymäßig betriebene Messstationen. Hier werden Lufttemperatur, Luftdruck, Luftfeuchte und viele weitere Parameter erfasst, festgehalten und ausgewertet. Aus solchen über einen längeren Zeitraum erhobenen Daten – Wissenschaftler sprechen von mindestens 30 Jahren – lässt sich dann das Klima einer Region ableiten.

Klingt erst einmal einfach. Doch blickt man in die Vergangenheit, so wird schnell klar, dass das genaue Erfassen und Speichern von Wetterdaten eine eher junge Errungenschaft ist. Genau genommen liegen erdgeschichtlich betrachtet nur für einen sehr kleinen Bruchteil der Zeit solche genauen Aufzeichnungen des Wetters vor.  Und je weiter man zurück blickt, desto lückenhafter und ungenauer  werden die Angaben. Bis man schließlich an einem Punkt in der Erdgeschichte angelangt ist, für den es scheinbar gar keine Aufzeichnungen des Wetters mehr gibt. Genau an diesem Punkt setzen die Wissenschaftler mit den Klima-Proxies an.

Klima-Proxies sind indirekte Anzeiger des Klimas einer Region zu einer bestimmten Zeit in der Erdgeschichte. Das können zum Beispiel Pollen sein, die in alten Erdschichten gefunden werden. Sie geben einen Hinweis darauf, welche Pflanzen zur Zeit der Ablagerung der Erdschicht in der Region gewachsen sind. Aus den Wachstumsansprüchen der Pflanzen kann man dann wiederum auf das damals vorherrschende Klima schließen.

Baumringe, Eisbohrkerne, Korallen, Ozeansedimente u.v.a. geben als natürliche Archive ebenso Aufschluss über das Klima vergangener Zeiten. Auch die Aufzeichnungen von Seeleuten in alten Logbüchern oder von Bauern, die immer schon genaue Beobachter des Wetters waren, werden als Klima-Proxies herangezogen. So ergibt sich trotz fehlender instrumenteller Aufzeichnungen ein Bild des Klimas der Vergangenheit.

Interesse am Forschungsfeld Paläoklimatologie geweckt? Unser aktuelles Highlightthema „Paläoklima – Lernen aus der Vergangenheit“ gibt spannende Einblicke in die Forschung auf diesem Gebiet an unserem Institut.


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Submesoskalige Strukturen

Bei unserer Expedition Uhrwerk Ozean war immer wieder von submesoskaliger Dynamik und submesoskaligen Strukturen die Rede. Was man unter Dynamik oder Struktur versteht mag noch allgemein bekannt sein. Aber was hat es mit dem sperrigen Begriff submesoskalig auf sich?

Als submesoskalige Strukturen werden in der Küstenforschung einzelne Wirbel und Fronten im Meer von einigen hundert Metern bis zu einigen Kilometern Größe bezeichnet. Sie sind dank klar erkennbarer Grenzen eindeutig identifizierbar und haben ihre eigene, submesoskalige Dynamik.

Auf der Webseite des Institutsteils „Operationelle Systeme“ des Instituts für Küstenforschung findet man darüber hinaus folgende Informationen zu den submesoskaligen Strukturen:

Derzeitig gibt es noch grundsätzliche Lücken in der Beobachtung der Ozeane bei submesoskaligen Strukturen. Der Grund liegt in ihrer kurzen Lebensdauer und der Nichtvorhersagbarkeit ihres Auftretens. Aufbau und Zerfall von submesoskaligen Wirbeln und Fronten konnten bisher kaum untersucht werden, da passende Beobachtungstechniken erst in den letzten Jahren entwickelt wurden. Die Wissenschaftler widmen sich der systematischen Weiterentwicklung dieser äußerst komplexen Beobachtungstechniken und der Untersuchung der submesoskaligen Prozesse. Forschungsziel ist zum einen eine vollständigere Erklärung des Energietransportes von den Ozeanen an die Küsten über stufenweise Energieumwandlungen. Zudem wird vermutet, dass die plötzlichen Temperatursprünge an den scharfen Kanten der submesoskaligen Strukturen das Wachstum von Phytoplankton, der Grundlage des Nahrungsnetzes der Meere, anstoßen. Dies beeinflusst zudem die räumlichen Muster für das Auftreten von Zooplankton und weiterer Nahrung von Fischen.