Arbeitspaket 2
Forschungsziel: Die Küstenzone ist ein hochdynamischer Transitraum für Stoffe und Organismen mit stark variierenden Austauschprozessen. Ziel von AP2 ist die Entwicklung eines abgestimmten Probenahmesystems, das grundlegende physikalische Messgrößen (z. B. Salzgehalt und Temperatur) mit Turbulenzmessungen sowie biogeochemischen und biodiversitätsbezogenen Untersuchungen verknüpft. Damit sollen die komplexen Wechselwirkungen zwischen Hydrodynamik und Biologie auf den relevanten Skalen erfasst werden.
Methodik: Der Ansatz kombiniert hochauflösende Zeitreihen aus automatisierten Messungen an festen Stationen mit räumlich flexibler Datenerfassung durch innovative autonome Systeme. Dies ermöglicht eine präzise Analyse der ökologischen Auswirkungen kurzzeitiger Extremereignisse („Hot Moments“), etwa Algenblüten oder Stürme, auf das Küstenökosystem. Die Ergebnisse werden durch Laborexperimente validiert und weiter konkretisiert.
Automated Measurements
Der Imaging FlowCytobot (IFCB) ist ein automatisiertes, tauchfähiges Durchflusszytometer, das Phytoplankton in situ bildlich erfasst und mithilfe von KI-Algorithmen identifiziert. Das kürzlich für das Shore-to-Basin-Programm angeschaffte Gerät wird an der Seebrücke Heiligendamm eingesetzt und ergänzt das Langzeitmonitoring des IOW. Es liefert kontinuierlich Echtzeitdaten darüber, wie Phytoplanktongemeinschaften in den Küstengewässern der Ostsee auf Stressoren wie Stürme und Hitzewellen reagieren.
Environmental DNA Oceanic Thresher (eDOT): Der eDOT ermöglicht die kontinuierliche Überwachung der biologischen Vielfalt in Gewässern über lange Zeiträume anhand von eDNA-Proben, ohne dass dauerhaft Personal vor Ort erforderlich ist. Im S2B-Projekt wird das System eingesetzt, um die Biodiversität kontinuierlich zu erfassen und die Auswirkungen extremer Wetterereignisse in Flachwassergebieten zu untersuchen.
Innovative Autonomous Measuring Systems
Drohnenbasierte Fernerkundung: In Küstengebieten werden regelmäßig hyperspektrale Messflüge durchgeführt, um marine Parameter zu erfassen. Die Bilddaten werden gezielt über Wasserflächen aufgenommen und durch begleitende In-situ-Umweltmessungen validiert.
Unbemanntes Oberflächenfahrzeug (USV): Das BlueBoat ist ein vielseitiges USV für automatisierte Messkampagnen in Flachwassergebieten. Die modulare Plattform kann verschiedene Sensoren und Messsysteme integrieren, darunter Unterwasserkameras, akustische Doppler-Strömungsprofiler (ADCP), Fächerecholote, Seitensichtsonare, Profilierungswinden und den eDOT.
Das Eddy-Kovarianz-System misst turbulente Stoffflüsse anhand hochauflösender Strömungs- und Konzentrationsdaten. Unser System kombiniert ein akustisches Doppler-Velocimeter mit mehreren Sensoren (derzeit für Sauerstoff und Temperatur), um komplexe biogeochemische Austauschprozesse gleichzeitig zu erfassen.
Laboratory Experiments
Flache Küstengewässer sind häufig durch sturmbedingte Resuspension von Sedimenten geprägt. Da anoxische Bedingungen im Sediment die Keimung von Dauerstadien des Planktons hemmen, könnte die Resuspension diesen Prozess begünstigen. In einem Laborexperiment wurden Sedimentkerne über vier Monate bei steigenden Temperaturen untersucht. Dabei blieben sie entweder ungestört oder wurden regelmäßigen Resuspensionsereignissen ausgesetzt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung der Protistengemeinschaft hauptsächlich durch eine temperaturabhängige Artenabfolge bestimmt wurde. Während die Gesamtzahl der Arten durch die Durchmischung unbeeinflusst blieb, veränderte sich die Gemeinschaftsstruktur durch die Keimung von Dauerstadien.
Beim Zooplankton stehen Lebenszyklen und die Rekrutierung im Frühjahr im Mittelpunkt. In Inkubationsexperimenten untersuchen wir unter In-situ-Bedingungen, wie saisonale Umweltfaktoren – insbesondere Temperatur und Resuspension – die Aktivierung von Dauereiern im Sediment beeinflussen. Darüber hinaus erforschen wir, unter welchen Bedingungen diese Dauerstadien im Kontext des Klimawandels gebildet werden.