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FORSCHUNG/763: Mit TERENO die Umwelt beobachten (UFZ-Spezial)


Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
UFZ-Spezial Juni 2011: In Sachen Wasser

Mit TERENO die Umwelt beobachten

von Gundula Lasch


Nicht weniger als ein neues Erdbeobachtungs-Netzwerk ist das 2008 gestartete Projekt TERENO (TERrestrial ENvironmental Observatories). Mehrere Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft haben sich darin zusammengeschlossen, um großräumig, ganzheitlich, interdisziplinär und methodisch vielfältig die langfristige Entwicklung der Umwelt zu erforschen. Dazu wird ein Mosaik aus Beobachtungen, Untersuchungen, Messergebnissen, Modellierungen und Experimenten zusammengefügt, das die Basis für die Vorhersage zukünftiger Entwicklungen bildet. TERENO wird vom Forschungszentrum Jülich (FZJ) koordiniert. Projektpartner sind das Helmholtz-Zentrum München (HZM), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Helmholtz-Zentrum Potsdam (GFZ), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie das UFZ.


Vier Regionen im Fokus

Im Fokus stehen vier Regionen Deutschlands, in denen langfristig erkundet wird, wie sich Klimaänderung und Landnutzungswandel regional auf Wasserkreisläufe, Klima und Wetter, biologische Vielfalt, Boden und Luftqualität auswirken. Dafür wird sowohl mobiles als auch stationäres Equipment eingesetzt. Darüber hinaus wird untersucht, welche sozioökonomischen Konsequenzen Veränderungen von Klima und Landnutzung haben, um gezielt Anpassungsstrategien entwickeln zu können.

Inzwischen ist die Forschungsinfrastruktur des Netzwerkes fast komplett installiert und viele Beobachtungen, Untersuchungen und Messungen laufen bereits. Die Observatorien in den vier Beobachtungsgebieten im Nordostdeutschen Tiefland, dem Mitteldeutschen Tiefland einschließlich des Harz, der Eifel und der Voralpenregion sind unter anderem mit Wetterstationen, geophysikalischer Messtechnik, Radarsystemen zur Niederschlagsbeobachtung, Bodensensoren und Grundwassermesssystemen ausgestattet. Zeitgleich laufen Experimente, werden wissenschaftliche Modelle für die verschiedenen Umweltprozesse entwickelt und erprobt. Wichtiger Bestandteil der methodischen Arbeit in TERENO ist auch die Entwicklung von Konzepten, um Lücken zwischen den unterschiedlichen Maßstäben von Messung, Modell und Management schließen zu können.


Engmaschiges Untersuchungsnetz

Ein wichtiges Element von TERENO sind die sogenannten hydrologischen Observatorien. Der Blick ins Detail zeigt, wie großräumig und doch detailliert diese angelegt sind: "In jedem Einzugsgebiet, das die Basis eines hydrologischen Observatoriums bildet, werden Teileinzugsgebiete und innerhalb derer wiederum besonders intensiv beforschte Flächen bzw. Testgebiete definiert. So wollen wir die Datenausbeute über verschiedene Gebietsgrößen hinweg quantitativ und qualitativ optimieren", erklärt Dr. Steffen Zacharias vom UFZ, der die Forschungsarbeiten im Mitteldeutschen Tiefland und Harz koordiniert. Die so gewonnenen detaillierten Daten werden miteinander verknüpft und gehen in Modelle und Szenarien ein. Wie umfangreich die Untersuchungen sind, wird am Beispiel des UFZ-Beobachtungsgebietes deutlich: In drei Korridoren - entlang des Verlaufes der Bode bis in die Magdeburger Börde, von Leipzig über Halle bis zum Harz sowie im Bereich der Elbe-Auen - wird eine Fläche von fast 26.000 Quadratkilometern beforscht. Im Einzugsgebiet der Bode wurden drei Teileinzugsgebiete ausgewählt, die beispielhaft für unterschiedliche Bedingungen stehen: Im Sauerbach-Gebiet wird vorrangig die Kopplung zwischen Wasser und Stofftransport in einem landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebiet untersucht; im Areal Schäfertal werden hydrologische Prozesse und deren Zusammenhänge auf verschiedenen Skalen erforscht, im Selke-Einzugsgebiet stehen der Wasserhaushalt eines Teileinzugsgebietes, seine Modellierung und auch Grundwasserprozesse im Zentrum der Untersuchungen. Im Waldgebiet Hohes Holz wird ein rund 50 Meter hoher Turm errichtet und mit Messinstrumenten versehen, um den Zusammenhang zwischen Sonneneinstrahlung, Wassertransport und CO2-Austausch ermitteln zu können. Ein zusätzlicher Beobachtungsschwerpunkt wird derzeit an der Rappbode-Talsperre aufgebaut (siehe Infobox). "Von Bodenproben bis Fernerkundungen, von Wasserabflüssen bis Wetterbeobachtungen, von Beobachtungen bis Experimenten - mit TERENO können wir vielfältige Daten zusammenführen und interdisziplinär 'übersetzen'", so Zacharias.


TERENO in der Mittelmeerregion

Basierend auf den Konzepten und Erfahrungen des TERENO-Projektes in Deutschland will man ab 2012 TERENO-MED, ein Observatorien-Netzwerk speziell für den mediterranen Raum, aufbauen, wobei der Schwerpunkt der Aktivität zunächst auf der Untersuchung des Wasserkreislaufs liegen wird. Die Gespräche mit Spanien, Italien, Griechenland und der Türkei laufen bereits, weitere Länder der Region, insbesondere auch in Nordafrika, werden dazu kommen. Acht bis zehn Observatorien sollen entstehen.

Im Nahen und Mittleren Osten ist das UFZ seit einigen Jahren mit diversen Forschungsprojekten schon aktiv. So wird in Jordanien die Wiederverwendung von Abwasser unter den dortigen Gegebenheiten erforscht (Projekt SMART, siehe S. 20)(*). Und in Saudi-Arabien arbeiten UFZ-Wissenschaftler daran, eine hochpräzise Wasserbilanz zu erstellen (siehe S. 22)(*). "In der Mittelmeerregion sind die Auswirkungen der Klimaveränderung bereits deutlich messbar. Vor allem die Sicherung der Wasserversorgung wird die größte Herausforderung sein", so Zacharias. Deshalb sei es umso dringlicher, endlich die Daten zu gewinnen, die Voraussetzung für ein integriertes Wasserressourcenmanagement in dieser Region sind.


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MOBICOS - Wasserforschung im Container

In einem Beobachtungsschwerpunkt innerhalb des TERENO-Observatoriums am UFZ wollen die Forscher an der Rappbode-Talsperre ein Phänomen detaillierter untersuchen, das die Wasserwirtschaft weltweit beunruhigt: Die Menge an Huminstoffen nimmt in vielen Gewässern zu. Auch in Deutschland steigen seit etwa 15 Jahren in vielen Talsperren die Konzentrationen. Huminstoffe sind ungiftige Abbauprodukte von Pflanzen, doch für die Trinkwasseraufbereitung stellen sie ein Problem dar: sie färben das Wasser braun, sind schwer abbaubar und bei der Wasserdesinfektion mit Chlor können giftige Produkte entstehen. Um die Ursachen des Anstiegs der Huminstoffkonzentration in den Gewässern herauszufinden, installieren Wissenschaftler zusammen mit dem Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt in den nächsten Monaten umfangreiche Messtechnik in und um die Rappbode-Talsperre.

Zentrales Element dieser Forschungsinfrastruktur ist MOBICOS (Mobile Aquatic Mesocosms): Das sind in oder an Gewässern stationierte mobile Container, in denen naturnahe Untersuchungen und Experimente durchgeführt werden können. "Das Oberflächenwasser wird im Container in verschiedene Versuchsbecken geleitet und kann dann dort untersucht oder experimentell - zum Beispiel durch die Zugabe von Nährstoffen oder Veränderung der Temperatur - beeinflusst werden", erklärt Gewässerökologe Prof. Markus Weitere vom UFZ. "Die Container können universell zur Verbesserung des ökologischen Prozessverständnisses in fließenden, aber auch stehenden Gewässern eingesetzt werden. Dabei soll MOBICOS eine Plattform bilden, die auch von externen Kooperationspartnern genutzt werden kann", so Weitere. Es gehe nicht nur darum, Vorgänge zu beobachten, sondern zu verstehen, warum sie stattfinden, formuliert er den wissenschaftlichen Anspruch. Der Einsatz am Rappbode-Talsperrensystem ist also nur eine von vielen verschiedenen Nutzungsmöglichkeiten der mobilen "Experimentierboxen".


Die vier TERENO-Untersuchungsgebiete in Deutschland (**)

TERENO wird vom Forschungszentrum Jülich (FZJ) koordiniert. Projektpartner sind neben dem UFZ das Helmholtz-Zentrum München (HZM), das Forschungszentrum Karlsruhe (FZK), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie das Helmholtz-Zentrum Potsdam (GFZ).

Müritz Nationalpark
Biosphärenreservat Schorfheide
GFZ Untersuchungsgebiet

Bode Einzugsgebiet
Forschungsstation Bad Lauchstädt
Saale Einzugsgebiet
UFZ Untersuchungsgebiet

Rur Einzugsgebiet
LTER-D Forschungsstation (Nationalpark Eifel)
FZJ Untersuchungsgebiet

Forschungsstation Scheyern (HZM)
Forschungsstation Höglwald (FZK)
Ammer Einzugsgebiet
FZK/HZM Untersuchungsgebiet


UFZ-Ansprechpartner:
Dr. Steffen Zacharias
Dept. Monitoring- und Erkundungstechnologien

e-mail: steffen.zacharias[at]ufz.de
mehr Informationen:
http://teodoor.icg.kfa-juelich.de/overview/copy_of_overview-de


Anmerkungen der Schattenblick-Redaktion:

(*) Artikel S. 20 siehe www.schattenblick.de → Infopool → Umwelt → Abfall →
     ABWASSER/237: Smarte Lösungen für die Abwassernutzung (UFZ-Spezial)
     Artikel S. 22 siehe www.schattenblick.de → Infopool → Umwelt → Wasser →
     FORSCHUNG/378: Wasserbilanzen präzise ermitteln (UFZ-Spezial)

(**) Karte siehe Originalpublikation

Bildunterschriften der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildungen der Originalpublikation:
Blick auf einen Teil des Rappbode-Talsperrensystems - ein Schwerpunkt der Umweltbeobachtung in TERENO
Aufbau von Lysimetern am TERENO-Standort Sauerbach im Harz. Mithilfe der Lysimeter unter suchen die Wissenschaftler den Einfluss des Klimawandels auf den Boden.


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Quelle:
UFZ-Spezial Juni 2011: In Sachen Wasser, S. 6-7
Herausgeber:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
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Internet: www.ufz.de


veröffentlicht im Schattenblick zum 3. September 2011