Küstenforschung


Ein Kommentar

Neue Expedition mit Zeppelin

Screenshot hzg.de

Am 20. September 2017 startet unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) eine besondere Expedition im deutschen Wattenmeer und in der Elbe.

Die Wissenschaftler des HZG und des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) sowie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) aus Leipzig analysieren die Elbe, um zukünftige Flutszenarien besser vorhersagen zu können. Außerdem untersuchen die Wissenschaftler wie sich der großräumige Ausbau der Offshore-Windkraftanlagen auf die Nordsee auswirkt. Als Observatorium nutzen sie einen Zeppelin, Drohnen sowie mehrere Forschungsschiffe; gleichzeitig werten sie Daten von Messstationen aus. (Quelle: HZG Pressemitteilung)

==> zur kompletten Pressemitteilung HZG


Von Freest bis Flensburg – Sonnencreme und Outdoorjacken

Beitrag von Christina Apel, Dr. Jürgen Gandraß, Abteilung Umweltchemie 

Ein Team der Abteilung Umweltchemie des Instituts für Küstenforschung war vom 3. bis zum 11. September 2017 wieder neuartigen Problemstoffen auf der Spur. Wie schon im Juni mit der „Ludwig Prandtl“, diesmal aber in der Ostsee. Auch von Land aus wurden Proben von wichtigen Zuflüssen genommen. Mit an Bord waren Christina, Freya, Jürgen, Moritz und Pu sowie die Prandtl-Crew Helmut und Detlef. Das Wetter war wie bestellt, nur hätten wir uns etwas mehr Sonne gewünscht. Dank des milde gestimmten Wettergottes konnten wir aber alle Stationen wie geplant beproben.

An den einzelnen Stationen wurden Wasser- und Sedimentproben genommen, die wir im Labor u.a. auf Kunststoffadditive und Poly- und perfluorierte Substanzen untersuchen werden.

Kunststoffe enthalten eine Reihe von Substanzen, wie z.B. Flammschutzmittel oder auch UV-Stabilisatoren, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen, z.B. zu verhindern, dass Kunststoffe spröde werden oder sich im Sonnenlicht zersetzen. Interessanterweise werden einige dieser Substanzen auch in Sonnenschutzmitteln verwendet.

Sogenannte PFCs (Poly- und perfluorierte Substanzen) sind im Alltag allgegenwärtig. Man findet sie in Oberflächenbeschichtungen vom Coffee-to-go-Becher über die Bratpfanne bis hin zur Outdoorjacke oder auch in anderen Anwendungsbereichen, wie z.B. in Feuerlöschschäumen.

Was ist daran nun so spannend?

Bei einer Reihe von Substanzen, die als Kunststoffadditive oder als PFCs eingesetzt werden, weiß oder vermutet man, dass diese für die Umwelt bedenklich sein können. Über ihr Verhalten im marinen Bereich ist bisher jedoch sehr wenig bekannt. Zudem wurde und wird die Produktion und Anwendung aufgrund neuer Erkenntnisse eingeschränkt oder verboten, wodurch zwangsläufig neue Chemikalien auf den Markt kommen, über die keinerlei Informationen vorliegen. Bald wissen wir aber mehr!

(Fotos: Christina Apel, Freya Debler, Jürgen Gandraß / HZG)


Publications

Daewel, U. and Schrum, C. (2017): Low-frequency variability in North Sea and Baltic Sea identified through simulations with the 3-D coupled physical–biogeochemical model ECOSMO. Earth Syst. Dynam., 8, 801-815, DOI:10.5194/esd-8-801-2017

Abstract:

Here we present results from a long-term model simulation of the 3-D coupled ecosystem model ECOSMO II for a North Sea and Baltic Sea set-up. The model allows both multi-decadal hindcast simulation of the marine system and specific process studies under controlled environmental conditions. Model results have been analysed with respect to long-term multi-decadal variability in both physical and biological parameters with the help of empirical orthogonal function (EOF) analysis. The analysis of a 61-year (1948–2008) hindcast reveals a quasi-decadal variation in salinity, temperature and current fields in the North Sea in addition to singular events of major changes during restricted time frames. These changes in hydrodynamic variables were found to be associated with changes in ecosystem productivity that are temporally aligned with the timing of reported regime shifts in the areas. Our results clearly indicate that for analysing ecosystem productivity, spatially explicit methods are indispensable. Especially in the North Sea, a correlation analysis between atmospheric forcing and primary production (PP) reveals significant correlations between PP and the North Atlantic Oscillation (NAO) and wind forcing for the central part of the region, while the Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO) and air temperature are correlated to long-term changes in PP in the southern North Sea frontal areas. Since correlations cannot serve to identify causal relationship, we performed scenario model runs perturbing the temporal variability in forcing condition to emphasize specifically the role of solar radiation, wind and eutrophication. The results revealed that, although all parameters are relevant for the magnitude of PP in the North Sea and Baltic Sea, the dominant impact on long-term variability and major shifts in ecosystem productivity was introduced by modulations of the wind fields.


Methan in der Nordsee

Screenshot eskp.de

Durch Öl- und Gasförderung entweicht das Treibhausgas Methan. Dies vermutlich über lange Zeiträume und in deutlich größeren Mengen als bisher angenommen.

Ein Forscherteam des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel und der Universität Basel erhob Daten, die darauf schließen lassen, dass Gasaustritte, die entlang der Außenseite von Bohrlöchern entweichen, ein deutlich größeres Problem darstellen könnten als bisher angenommen.  (Quelle: ESKP)

==> Rund um Bohrlöcher in der Nordsee steigt Methan auf


Rhein Beprobung erfolgreich beendet

Beitrag von Dr. Daniel Pröfrock und Dr. Johanna Irrgeher, Abteilung Marine Bioanalytische Chemie

Nach Zwischenstopps in Bad Honnef, Koblenz, Wiesbaden, Mannheim und Karlsruhe sowie ca. 600 km Fahrtstrecke auf dem Rhein konnte die Beprobung erfolgreich abgeschlossen werden. Insgesamt wurden an 77 Stationen mit Hilfe des institutseigenen Schlauchboots „Tümmler“ Sediment- und Wasserproben genommen, bis in den Bereich der ersten Rheinstaustufe bei Iffezheim.

Ein Begleitteam sorgte zusätzlich von Land aus für die Beprobung von ausgewählten Stationen entlang der wichtigsten Rheinzuflüsse bzw. im Bereich oberhalb der Staustufen, so dass Proben aus dem gesamten deutschen Einzugsgebiet gewonnen werden konnten. Als Begleitfahrzeug kam erstmalig ein kleines Kühlfahrzeug zum Einsatz, in dem die Proben während der kompletten Kampagne bei Temperaturen um den Gefrierpunkt gelagert wurden, da ein direkter Transport ins Labor aufgrund der großen Entfernung zum Institut für Küstenforschung logistisch kaum zu realisieren wäre.

Eine besondere Herausforderung bei der gesamten Kampagne stellte der ununterbrochene Schiffsverkehr auf dem Rhein dar, der weltweit zu den am stärksten befahrenen Wasserstraßen zählt. Zusätzlich kam es am vorletzten Tag wegen starker Regenfälle in den flussaufwärts liegenden Gegenden der Beprobung zu einem starken Anstieg des Rheinwasserpegels, der an verschiedenen Stellen die Strömungsgeschwindigkeit deutlich verstärkte, wodurch das Manövrieren auf dem Fluss noch anspruchsvoller wurde.

(Fotos: Daniel Pröfrock / HZG)

Von der Wasserseite aus konnte man sehr gut erkennen, wie stark dieser Fluss bis heute durch den Menschen beeinflusst wird. Dies zeigt sich insbesondere in den fast vollständig durch wasserbauliche Maßnahmen befestigten Uferbereichen sowie den immer wieder auftauchenden großen Industrieansiedlungen direkt am Rhein, die den Fluss als Transportweg bzw. als wichtige Quelle für ihr Prozesswasser nutzen.

Der zeitaufwändigste Teil der Arbeit steht uns Wissenschaftlern aber erst bevor, denn alle Proben müssen jetzt für die anstehenden Messungen vorbereitet werden. So werden die Wasserproben filtriert, um später sowohl die gelösten Schadstoffe wie auch solche, die an den Schwebstoff gebunden sind, erfassen zu können.

Bei den genommenen Sedimentproben ist der Vorbereitungsprozess noch etwas umfangreicher: Diese werden zuerst bei -80°C eingefroren und anschließend gefriergetrocknet, um das Wasser schonend aus den Proben zu entfernen. Die so vorbereiteten Proben werden dann homogenisiert und im Anschluss gesiebt um die < 63 µm bzw. <20 µm Partikelfraktion aus dem Sediment abzutrennen, an denen aufgrund ihrer Größe und chemischen Zusammensetzung erfahrungsgemäß die meisten Schadstoffe gebunden sind. Die so gewonnenen Fraktionen werden dann mit Säuren aufgelöst bzw. mit Lösungsmitteln extrahiert, um die eigentliche Messprobe zu erhalten, in denen dann mit modernen analytischen Verfahren der Schadstoffgehalt bestimmt wird.

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(Fotos: Daniel Pröfrock / HZG)

Eine Übersicht über den gesamten beprobten Bereich sowie weitere Impressionen und erste Ergebnisse werden in Kürze auf der Webseite der Abteilung Marine Bioanalytische Chemie präsentiert.


Das Freitagsfoto

Foto: Ina Frings / HZG

Da hat ein Wesen seine Spuren im Schlick hinterlassen. Wir wollen gar nicht wissen, wer es war. Wir suchen eher einen aussagekräftigen Titel für das Bild. Ein Wissenschaftler würde es spontan mit einem fachspezifischen Ausdruck benennen, der nicht nur buchstäblich stimmt, sondern auch im übertragenen Sinn manchmal verwendet wird. Ein Ausdruck, der wiederum im übertragenen Sinn so abstrakt klingt, dass man sich zunächst nichts Konkretes darunter vorstellen kann.  Na, worauf wollen wir hinaus? Viel Spaß beim Knobeln und ein schönes Wochenende!


Der Idstedt-Löwe

war auf unserem letzten Freitagsfoto abgebildet. Eigentlich nicht würdevoll genug, aber sonst wäre das Rätsel zu einfach gewesen. Der dänische Bildhauer Herman Wilhelm Bissen schuf das Monument 1862 zur Erinnerung an den Sieg der Dänen über die Schleswig-Holsteiner in der Schlacht bei Idstedt (1850).

Foto: Ina Frings / HZG

Die Bronzestatue kehrte 2011 an ihren ursprünglichen Standort in Flensburg zurück und wurde am 10. September auf dem alten Friedhof enthüllt. Eine Kopie des Idstedt-Löwens aus Zink von 1874 steht am Wannsee in Berlin. Auf Wikipedia kann man die umfangreiche Geschichte zum Idstedt-Löwen nachlesen.


Dicke Schiffe, dicke Luft?

Screenshot story.kn-online.de

Die Kieler Nachrichten online haben eine Ausarbeitung zu Schiffsemissionen veröffentlicht, die die Komplexität des Themas aufzeigt. Gesundheitliche, politische und wirtschaftliche Aspekte werden beleuchtet am Beispiel der Kieler Förde. Wie steht es um die Luftqualität in Kiel? Müssen Schadstoffe differenziert betrachtet werden? Welche Meinung haben Bewohner und Kreuzfahrtgäste zu dieser Problematik? Wo entstehen Interessenkonflikte? In einem Teil des Dossiers zeigt Dr. Volker Matthias, Leiter der Abteilung Chemietransportmodellierung, den Anteil des Schiffsverkehrs an der „dicken Luft“ auf.


Publications

Lefering, Ina; Utschig, Christian; McKee, David (2017): Uncertainty budgets for liquid waveguide CDOM absorption measurements. Applied Optics. 56. 6357. doi:10.1364/AO.56.006357

Abstract:

Long path length liquid waveguide capillary cell (LWCC) systems using simple spectrometers to determine the spectral absorption by colored dissolved organic matter (CDOM) have previously been shown to have better measurement sensitivity compared to high-end spectrophotometers using 10 cm cuvettes. Information on the magnitude of measurement uncertainties for LWCC systems, however, has remained scarce. Cross-comparison of three different LWCC systems with three different path lengths (50, 100, and 250 cm) and two different cladding materials enabled quantification of measurement precision and accuracy, revealing strong wavelength dependency in both parameters. Stable pumping of the sample through the capillary cell was found to improve measurement precision over measurements made with the sample kept stationary. Results from the 50 and 100 cm LWCC systems, with higher refractive index cladding, showed systematic artifacts including small but unphysical negative offsets and high-frequency spectral perturbations due to limited performance of the salinity correction. In comparison, the newer 250 cm LWCC with lower refractive index cladding returned small positive offsets that may be physically correct. After null correction of measurements at 700 nm, overall agreement of CDOM absorption data at 440 nm was found to be within 5% root mean square percentage error.

 

Hiroyuki Tan, Tomohiko Oishi, Akihiko Tanaka, Roland Doerffer, and Yasuhiro Tan (2017): Chlorophyll-a specific volume scattering function of phytoplankton. Opt. Express 25, A564-A573, DOI: 10.1364/OE.25.00A564

Abstract:

Chlorophyll-A specific light volume scattering functions (VSFs) by cultured phytoplankton in visible spectrum range is presented. Chlorophyll-A specific VSFs were determined based on the linear least squares method using a measured VSFs with different chlorophyll-A concentrations. We found obvious variability of it in terms of spectral and angular shapes of VSF between cultures. It was also presented that chlorophyll-A specific scattering significantly affected on spectral variation of the remote sensing reflectance, depending on spectral shape of b. This result is useful for developing an advance algorithm of ocean color remote sensing and for deep understanding of light in the sea.


Chemische Dispergatoren zur Bekämpfung von Ölverschmutzungen?

Screenshot wissenschaftsjahr.de

Was passiert bei Ölunfällen in Verbindung mit Schiffsverkehr oder dem Betrieb von Bohrinseln? Der Einsatz so genannter chemischer Dispergatoren ist bei der Bekämpfung von Ölverschmutzungen umstritten. Der Vorteil dieser Stoffgemische besteht darin, dass der Seegang einen auf der Wasseroberfläche treibenden Ölteppich zerschlagen und in Form feiner Öltröpfchen in den Wasserkörper einmischen kann. Doch es gibt auch Nachteile. Dr. Ulrich Callies, Leiter der Abteilung Modellierung zur Bewertung von Küstensystemen, hat zu dem Thema einen Expertenbeitrag für die Website Wissenschaftsjahr 2016*17 geschrieben.