Quantifizierung und Steuerung der Kohlenstoffflüsse im Windsborn (Eifel)

Existieren 'hot spots' und 'hot moments' im Kohlenstoffkreislauf von Flachseen?

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  Hintergrund

  Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt für drei Jahre ein Forschungsvorhaben der AG Ökohydrologie und Stoffkreisläufe (Prof. Dr. Klaus-Holger Knorr) zur Erforschung des Kohlenstoffkreislaufs von Flachseen am Beispiel des Kratersees Windsborn in der Eifel.

  Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass kleine und häufig flache Gewässer (< 100 ha) global wesentlich größere Flächen einnehmen als früher angenommen. Aufgrund ihrer Häufigkeit und hohen metabolischen Aktivität wird vermutet, dass sie signifikante Kohlendioxid(CO₂)- und Methan(CH₄)quellen darstellen und Rückkoppelungseffekte mit dem Klimasystem zeigen.
  Jedoch sind die Kohlenstoffflüsse bislang unzureichend quantifiziert, sowohl was die räumliche als auch die zeitliche Auflösung der Messungen betrifft. Des Weiteren sind klimatische, hydrologische und biologische Steuerungsfaktoren unzureichend erfasst.
  Das Vorhaben wird diese Forschungslücken an einem Modellsystem schließen und insbesondere die Hypothese überprüfen, ob Zeiten und Zonen existieren, die einen großen Einfluss auf den jährlichen Gasaustausch haben.
  Zudem werden Methanbildung, -oxidation und -transport im Sediment und in der Wassersäule als Schlüsselprozesse für die Treibhauswirkung dieser Systeme aufgeklärt.

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  Methoden

  Im Projekt werden verschiedene Methoden angewendet, von Echtzeit-Messungen im Gelände bis hin zu Laboranalysen und –experimenten.

  Eine auf dem Windsborn installierte Wetterstation (siehe Abbildung) misst kontinuierlich Wetterdaten wie Temperatur, Niederschlag und Wind sowie CO₂-Konzentrationen in Luft und Wassersäule. Mit Hilfe dieser Daten kann über die Gradientenmethode ein kontinuierlicher CO₂-Fluss zwischen Wasser und Atmosphäre berechnet werden. Hinzu kommen Messungen von Parametern in der Wassersäule (pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur, Chlorophyll- und Sauerstoffgehalt), die Aufschluss darüber geben, durch welche Faktoren die CO₂-Emissionen gesteuert werden.

  

  Um die räumliche Variabilität der CO₂ und CH₄-Emissionen abzudecken, werden auf dem gesamten See kleine Kammern installiert (siehe Abbildung), welche kontinuierlich CO₂-Konzentrationen messen. Zur Bestimmung von CO₂, CH₄ und N₂O-Flüssen werden hieraus in regelmäßigen Abständen Proben entnommen. Um mehr Informationen über tageszeitliche Schwankungen der CO₂ und CH₄-Emissionen zu erlangen, werden mit Hilfe eines zeitlich hochauflösenden Treibhausgasanalysators zu bestimmten Zeitpunkten im Jahr CO₂ und CH₄-Flüsse gemessen.
  Produktions-, Oxidations- und Transportmechanismen von CO₂ und CH₄ im Sediment und in der Wassersäule werden mit Hilfe von Wasser-, Sediment- und Porenwasseranalysen identifiziert. Hierzu werden die im Gelände genommenen Proben im Labor auf Konzentrationen und stabile 13C-Isotope und ferner auf Nährstoffe, Spurenelemente, Metalle und organische Substanz untersucht. So kann die Dynamik und Variabilität der die Emissionen steuernden Prozesse sowie deren chemischen Steuerungsfaktoren erfasst werden. Der Beitrag von Methanblasenbildung zu den Gesamtemissionen wird mit Hilfe von Trichterfallen bestimmt.

• Studierende

  In den Jahren 2014 und 2015 wurden bereits zwei Studienprojekte durchgeführt, in denen erste Messungen zur Bestimmung des Kohlenstoffhaushalts im Windsborn ausgeführt wurden.

  Bei Interesse an Abschlussarbeiten oder Forschungsprojekten erteilen Prof. Dr. Klaus-Holger Knorr, Leandra Praetzel und Marcel Schmiedeskamp Auskunft. Wir haben mögliche Themen für Arbeiten ausgeschrieben.

   Ab Sommer 2017 besteht die Möglichkeit als Hilfskraft oder im Rahmen von Abschlussarbeiten das Projekt zu unterstützen.

  Abschlussarbeiten

  Abgeschlossene Arbeiten

  • Rebecca Pabst (B.Sc.-Arbeit): Raumzeitliche Variabilität von CH₄ und CO₂ Emissionen in dem kleinen Flachsee Heideweiher

  Laufende Arbeiten

  • Lukas Iking (B.Sc.-Arbeit): Einfluss von sommerlicher Austrocknung auf den Kohlenstoffkreislauf im Sediment des Heideweihers, NSG „Heiliges Meer“ – ein Inkubations-Experiment
  • Jasmin Gesing (B.Sc.-Arbeit): Untersuchung des Einflusses von Makrophytenwachstum (im speziellen Nymphaea alba) auf die Gasflüsse von Kohlenstoffdioxid und Methan in dem Flachsee „Heideweiher“ im NSG „Heiliges Meer - Heupen“
  • Sabrina Schilling (M.Sc.-Arbeit): Was steuert die räumliche Variabilität von Methan-Emissionen im Windsborn Kratersee, Eifel?
  • Nora Plenter (M.Sc.-Arbeit): Räumliche Variabilität und Bildungsprozesse von Kohlenstoffdioxid und Methan im Sediment des Windsborn-Kratersees, Vulkaneifel

  
  Praktikant*innen

  Im Rahmen des DAAD Rise Germany Programms hat uns im Sommer 2017 eine Studentin aus den USA unterstützt. Im Sommer 2018 haben uns zwei weitere Studierende aus den USA und Kanada die Feld- und Laborarbeit unterstützt.

• Infothek

  Projektpartner und Kontakt

  • Universität Münster
  • Institut für Landschaftsökologie, Arbeitsgruppe Ökohydrologie und Biogeochemie

  Projektleitung: Prof. Dr. Klaus-Holger Knorr

  Doktorand*innen: M.Sc. Leandra Praetzel, M.Sc. Marcel Schmiedeskamp

  Laufzeit und Förderung

  • Laufzeit: 11/2016 - 10/2019
  • Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

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  News

  Die Geländesaison 2017 ist erfolgreich abgeschlossen. Nun warten wir auf das Auftauen des Eises, um in die nächste Messperiode starten zu können.
  Dieses Jahr werden zusätzlich zum Windsborn auch am „Heideweiher“ im Naturschutzgebiet „Heiliges Meer - Heupen“ im Kreis Steinfurt Messungen durchgeführt. Den Steg dafür haben wir bereits im Februar mit tatkräftiger Unterstützung unserer Hilfskräfte gebaut.

  Seit Ende Dezember 2016 steht die Wetterstation wieder auf dem Windsborn und zeichnet kontinuierlich Daten auf.

• Bilder

  

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  Bilder

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