Neues Modell berechnet Stickstoffflüsse und Klimawandelfolgen im Stettiner Haff
Beitrag von Dr. Johannes Pein, Abteilung Hydrodynamik und Datenassimilation
In der kürzlich erschienenden Publikation “Eutrophication hotspots, nitrogen fluxes and climate impacts in estuarine ecosystems: A model study of the Odra estuary system” stellen wir ein neues Modell vor, welches die Auswirkungen von Stickstoffflüssen und der Herleitung von Klimawandelfolgen im Stettiner Haff untersucht. Die Arbeit im Rahmen des BMBF- geförderten Projektes „Blue Estuaries“ (KüNO) hat nicht nur ökologische, sondern auch soziale Bedeutung.
Das am Hereon entwickelte und für das Odergebiet angepasste Modellrahmenwerk untersucht die Umsetzung der Stickstofffrachten aus der Oder unter dem Einfluss miteinander verwobener vielfältiger biogeochemischer Prozesse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Primärproduzenten einen Großteil des Stickstoffeintrags im Stettiner Haff aufnehmen. Durch das sogenannte interne Recycling kann in einem abflussarmen Jahr die Menge assimilierten Stickstoffs sogar noch höher ausfallen, was die Retentionsleistung des Stettiner Haffs verbessert. Außerdem wird gezeigt, wie sich das Ökosystem durch den projizierten anthropogenen Klimawandel voraussichtlich verändern wird: Bei steigendem Meeresspiegel und höheren mittleren Wassertemperaturen wird das Stettiner Haff anfällig für Sauerstoffmangel und verringert seine Retentionsleistung. Für die angrenzende Ostsee bedeutet das eine Zunahme eutrophierender Abflüsse aus dem Odergebiet mit erhöhten organischen und inorganischen Stickstofffrachten.
Indem sie die Wechselwirkungen in Fluss- und Meeresökosystemen verstehen, können Wissenschaftler besser abschätzen, wie menschliche Aktivitäten die Küstenregionen beeinflussen. Diese Erkenntnisse sind wichtig für den Schutz von Küstenökosystemen und die nachhaltige Nutzung ihrer Ressourcen, die für viele Menschen Lebensgrundlage sind. Diese Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, den Schutz und die nachhaltige Bewirtschaftung von Küstenökosystemen zu priorisieren und die Anpassung an den Klimawandel zu fördern. Durch ein besseres Verständnis der komplexen Zusammenhänge zwischen Mensch und Umwelt können wir Maßnahmen ergreifen, um die Resilienz dieser Ökosysteme zu stärken und ihre langfristige Stabilität zu gewährleisten.
Pein, J., & Staneva, J. (2024): Eutrophication hotspots, nitrogen fluxes and climate impacts in estuarine ecosystems: A model study of the Odra estuary system. Ocean Dynamics 74, 335–354 (2024), doi:10.1007/s10236-024-01607-w
Abstract:
The Odra estuary in the southern Baltic Sea comprises the Odra (Szczecin) Lagoon, the Pomeranian Bay and a number of other shallow water areas and channels. Known for its abundance of fish, eutrophication in the Odra Lagoon is a pressing issue for science and environmental management representing a global problem: What determines the seasonal variability of nitrogen and nitrogen turnover in shallow water areas, and how does seasonal variability change due to climatic changes such as warming and sea level rise? How do such changes affect nutrient exports to the regional ocean? This study employs a high-resolution unstructured model system to investigate physical-biogeochemical interactions, nitrogen turnover, and conditions leading to nitrogen export to the Baltic Sea within the Odra estuary. The research comprises hindcast and a climatic experiment with modified water level and temperature inputs. The model reproduces the thermohaline dynamics of brackish shallow water areas, phytoplankton blooms and the variability of inorganic nitrogen. The simulations identify the dynamic partitioning of the Odra Lagoon into the highly eutrophic, lake-like Small Lagoon and more frequently flushed, zooplankton-rich Great Lagoon. Although the two years of the hindcast simulation feature very different boundary conditions in terms of river forcing, comparable patterns of seasonal nitrogen export emerge. In a climate change experiment with increased sea levels and global temperatures, the system appears sensitive, but remains stable with regard to nutrient transport and is therefore predictable. The climate change experiment reveals enhanced primary producer biomass concentrations, suggesting heightened eutrophication. While in the shallow waters of Odra Lagoon oxygen concentration remains relatively stable, oxygen depletion intensifies as the lagoon outflows enter the Pomeranian Bay. This phenomenon is linked to increased denitrification within the stratified Odra plume. Deeper, meandering channels, such as Swina, demonstrate resilience to oxygen reduction, influenced by sea level rise and enhanced currents. Based on the temporal-spatial high-resolution coupled, validated simulations, it is possible to develop tailor-made management solutions without having to run expensive and complicated observation campaigns in the shallow waters with complex topography.
