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Beispielbilder verschiedener mariner Partikelformen. -Bild: Klas Ove Möller/Hereon-

Zunehmende menschliche Aktivitäten und der Klimawandel haben sich weltweit als Hauptstressfaktoren erwiesen, insbesondere in marinen Küstenökosystemen. Obwohl viele Methoden entwickelt wurden, um den Status einzelner Komponenten dieser Ökosysteme zu bewerten, fehlt es nach wie vor an einer umfassenden Bewertung mehrerer Ökosystemkomponenten. Dies gilt insbesondere für die Zooplanktongemeinschaft, die ein empfindlicher Indikator für Umweltveränderungen ist.

Planktonische Organismen dienen als produktive Basis aquatischer Ökosysteme, spielen eine wichtige Rolle in ozeanischen Nahrungsnetzen und haben einen wichtigen Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf des Ozeans.
Daher ist es notwendig, die Prozesse zu verstehen, die die räumliche und zeitliche Verteilung sowie die Häufigkeit dieser Organismen steuern. Das Auflösen dieser Verteilung ist jedoch besonders schwierig, da aquatische Ökosysteme durch eine immense Variabilität der biotischen und abiotischen Bestandteile gekennzeichnet sind und traditionelle Methoden nur eine begrenzte Auflösung für die Probenahme aufweisen.

Bei der nicht-invasiven optischen Probenahme (z. B. mit Unterwasserkamerasystemen) werden Daten von gallertartigem Zooplankton, kolonialem Phytoplankton (z. B. kettenbildenden Diatomen) und anderen zerbrechlichen Partikeln und Aggregaten (z. B. Meeresschnee) in ihrer natürlichen Ausrichtung erfasst, ohne diese zu beschädigen oder die Assoziationen zu zerstören. Das Vorhandensein der Planktonprobe in einem digitalen Format ermöglicht außerdem eine Beschleunigung des Klassifizierungsverfahrens.
Bildgebungssysteme verkürzen die Probenverarbeitungszeiten und ermöglichen die automatische Quantifizierung der taxonomischen Zusammensetzung von Plankton und Partikeln in Echtzeit.

Beispielbilder von Planktonorganismen (Hydromedusae), die mit einem Video-Plankton-Rekorder (Seascan Inc.) aufgenommen wurden. -Bild: Klas Ove Möller/Hereon-

Darüber hinaus wird angenommen, dass marine Aggregate biogenen Ursprungs, die als Meeresschnee bezeichnet werden, eine wichtige Rolle für den Partikelfluss der Ozeane spielen. Diese Aggregate sind der Hauptvektor für die Übertragung von Kohlenstoff vom oberen Ozean in die tieferen Schichten und eine potenzielle Nahrungsquelle für Zooplankton. Unser mechanistisches Verständnis der Prozesse, die die biologische Kohlenstoffpumpe des Ozeans steuern, ist jedoch durch das Fehlen von Beobachtungsdaten in geeigneten Maßstäben begrenzt, und es ist nur wenig über die Häufigkeit, Zusammensetzung und trophische Bedeutung von Meeresschnee bekannt.

Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde ein neuartiges Unterwasserplankton- und Partikelobservatorium entwickelt, das kürzlich in der Deutschen Bucht (südliche Nordsee) in der Nähe der Insel Helgoland eingesetzt wurde. Das verkabelte Unterwasserobservatorium kombiniert einen ferngesteuerten Video-Plankton-Rekorder (VPR), einen akustischen Doppler Current Profiler und eine CTD-Sonde, um kontinuierliche und automatische Beobachtungen in kleinem Maßstab nahezu in Echtzeit zu ermöglichen.

Dieser nicht-invasive Ansatz zur Probenahme ermöglicht die Quantifizierung von Meeresschnee-Aggregaten und dient somit als optische Partikelfalle. Darüber hinaus kann die Planktonhäufigkeit und das Planktonverhalten (z. B. vertikale Migration und trophische Wechselwirkungen) sowie die damit verbundene Hydrographie auf Zeitskalen von Minuten bis zu mehreren Monaten beobachtet werden.

Das Unterwasserplankton- und Partikelobservatorium nach einem Testeinsatz in der Ostsee. Bild: Klas Ove Möller/Hereon-

Das Unterwasser-Plankton- und Partikelobservatorium wurde in Zusammenarbeit zwischen dem Helmholtz-Zentrum Hereon, dem Thünen-Institut für Seefischerei und dem Alfred-Wegener-Institut (AWI) entwickelt und eingesetzt in Zusammenarbeit mit Meerestechnikunternehmen.

Dieses Observatorium ergänzt das von Hereon und AWI im Rahmen von COSYNA bei MarGate entwickelte Unterwasserknotensystem, AWI s Unterwasserexperimentieranlage vor Helgoland.
Dieser Unterwasserknoten bietet auch Strom und Internetzugang unter Wasser und damit auch die Infrastruktur, um verschiedene Sensorsysteme und Geräte kurz- oder langfristig fernzusteuern.

Marine snow and plankton organisms sampled with the underwater observatory in the North Sea. -Image: Klas Ove Möller/ Hereon-

Das Unterwasserplankton- und Partikelobservatorium wird die bereits eingesetzten Messinstrumente ergänzen und einen einzigartigen Datensatz in Kombination mit einer Reihe anderer Sensorplattformen liefern, darunter z.B. FerryBoxen, Forschungsschiffe, Glider, HF-Radar, Fernerkundung sowie Modellierung.

Dieser integrative Überwachungsansatz schließt die Lücke zwischen der Primärproduktion und höheren trophischen Ebenen, hilft bei der Identifizierung und Verfolgung schnell auftretender Umweltveränderungen und bietet somit ein potenzielles Instrument für die integrierte Bewertung und das Management von Ökosystemen.

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Forscher entwicklen Unterwasser-Observatorium
(Pressemitteilung)

Neue Einblicke durch Plankton-Observatorien
(Artikel auf ESKP)