Ganz schön trüb hier … im Ems Ästuar!

230620_titel (Foto: Tina Sanders / HZG)

Beitrag von Dr. Tina Sanders und Dr. Justus van Beusekom

Messkampagne Ems Fahrt der Abteilungen Aquatische Nährstoffkreisläufe und Alkalinität

Über die Flüsse werden große Mengen an Nährstoffen – wie z.B. Stickstoff- in die Küstenmeere eingetragen. Dieser Überschuss an Nährstoffen führen in unseren Küstengewässern zur Eutrophierung, Auswirkungen davon sind z.B. Algenblüten, Seegrasschwund und Sauerstoffmangel.

Wegweiser Richtung Wattenmeer
Das Wattenmeer ist nicht weit (Foto: Tina Sanders / HZG)

Die Ems und Elbe sind deutsche Flüsse, die in das Wattenmeer der Deutschen Bucht fließen. Die Elbe ist als größter Fluss das hauptsächliche Untersuchungsgebiet der Abteilung “Aquatische Nährstoffkreisläufe”. Die interne Bezeichnung der Abteilung lautet KBN und da steht das N sowohl für Nährstoffe als auch Nitrogen.

Die Ems und Elbe sind stark durch menschliche Eingriffe geprägt. Insbesondere das Ausbaggern, um für immer größere Schiffe Platz zu machen, hat die Flüsse stark verändert. In der Ems hat dies zu sehr hohen Schwebstoffwerten geführt – fast 10 mal höher als in der Elbe. Das Wasser der Ems ist also eher schlammig als flüssig.

 

Auf der aktuellen Fahrt wollen wir untersuchen, wie sich die Nährstoffdynamik der beiden Flüsse unterscheidet. Wir wollen drei Fragen näher auf den Grund gehen:

  1. Wie viele Nährstoffe werden über die Flüsse in die Nordsee eingetragen und in welcher Form?
  2. Wird in den Flüssen Lachgas (N2O; ein wichtiges Klimagas) gebildet und wenn ja, wo und wie viel?
  3. Verändern die Umsatzprozesse im Fluss selbst die Aufnahmefähigkeit (Pufferkapazität) von CO2?

Was heißt das jetzt konkret für die Fahrt auf der Ems?

Wir nutzen unser Forschungsschiff “Ludwig Prandtl”, um von Emden aus die Ems von Papenburg bis in die Nordsee zu befahren und dabei kontinuierlich mit Sensoren das Wasser zu untersuchen und auch regelmäßig Proben zu nehmen, die später im Labor analysiert werden.

Für die kontinuierlichen Messungen benutzen wir das bewährte System der FerryBox, die am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) entwickelt wurde. Mit ihr werden Parameter wie Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff, Trübung usw. gemessen. Zusätzlich haben wir noch Sensoren für die CO2 Sättigung und eine pH-Sonde dazu geschaltet, die uns Aufschluss über die Pufferkapazität des Wassers gibt; ein Maß dafür, wie viel CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen werden kann.

Außerdem haben wir einen Sensor dabei, der die Nitratkonzentration im Wasser messen kann. Die Trübung in der Ems machte ihm aber ziemlich zu schaffen: die Messung erfolgt nämlich über Lichtabsorption und wenn es zu trüb wird, fällt die Messung leider aus.

Übergabe von Proben aus dem Oberlauf der Ems, der nicht mit der “Ludwig Prandtl” befahren werden kann (Foto: Mona Norbisrath / HZG)

Die Lachgaskonzentration im Wasser können wir nicht direkt messen, sondern müssen dafür erst das Gas aus dem Wasser extrahieren. Das erfolgt mit einem sogenannten Equilibrator. Im Prinzip wird Wasser in einem Glasbehälter an die Wand gesprüht und gleichzeitig wird das Wasser mit Luft durchströmt. Das entstehende Luft-Gas-Gemisch wird durch einen Laser geleitet, der die Konzentrationen und stabilen Isotope des N20 messen kann.

Lachgas ist neben Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) ein wichtiges Treibhausgas, das zwar in niedrigeren Konzentrationen in der Atmosphäre vorkommt, aber dort deutlich länger verweilt als Methan, weil es langsamer abgebaut wird. N2O entsteht über zwei Mechanismen innerhalb des Stickstoffkreislaufes und ist abhängig von der Sauerstoffkonzentration. Wenn gar kein Sauerstoff vorhanden ist, wird das N2O weiter zu Luftstickstoff (N2) reduziert. Problematischer ist es also, wenn es niedrige Sauerstoffsättigungen gibt, wie eben z.B. in der Ems.

Einiges können wir aber nicht mit Sensoren direkt an Bord messen. Dafür müssen wir Wasserproben nehmen, die wir später im Labor, u.a. auf ihre Nährstoffkonzentrationen und Schwebstoffzusammensetzung untersuchen.

Um eine Vorstellung darüber zu bekommen, welche Prozesse im Wasser ablaufen, wurden auch Inkubationsversuche durchgeführt. In der Ems geht es darum herauszufinden, ob durch die hohe Trübung und dem daraus resultierenden Sauerstoffmangel Bakterien anfangen, das Nitrat zu reduzieren und damit aus dem System zu entfernen, aber auch Lachgas als wichtiges Treibhausgas bilden.  Außerdem führt das Nitratentfernen (auch Denitrifikation genannt) zu einer Änderung der Pufferkapazität für CO2 und das hat wiederum zur Folge, dass mehr CO2 gebunden werden. Des einen Freud, des anderen Leid und umgekehrt?!

In den nächsten Tagen folgt dann noch die Elbe …

 

Blick vom fahrenden Schiff
Die Ems auf dem Weg in die Nordsee. Je klarer das Wasser, desto klarer der Himmel?! (Foto: Mona Norbisrath / HZG)

Leser:innenkommentare (2)

  1. Messkampagne auf der Elbe

    […] Ergebnisse unsere Fahrt wollen wir mit unseren vorangegangenen Elbekampagnen und den Untersuchungen in der Ems im ersten Teil unserer Messkampagne vergleichen. Auch die nächste Fahrt ist bereits geplant. Das […]

  2. Inkubationsversuche: Untersuchungen zur CO2-Speicherkapazität von Gewässern

    […] des Instituts für Küstenforschung Anfang Juni mit dem Forschungsschiff „Ludwig Prandtl“ im Emsästuar unterwegs. Eine davon ist Mona Norbisrath. Sie beschäftigt sich in ihrer Forschung mit der Frage: Können […]

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