Forschung & Projekte

Langzeitbeobachtungen des Marinen Ökosystems

Die vom Helmholtz-Zentrum Hereon betriebenen FerryBox-Systeme. -Bild: Wilhelm Petersen/Hereon-

Das Verständniss der Prozesse in der Meeresumwelt beruht weitestgehend auf Beobachtungen von zeitlich begrenzten einzelnen Messkampagnen (z. B. Forschungsreisen) oder ist auf Zeitreihen an einer festen Position wie z. B. Bojen beschränkt. Eine umfassendere Erforschung und Analyse mariner biogeochemischer Prozesse ist nur möglich, wenn Szenarien (z.B. Extremereignisse oder klimainduzierte Veränderungen) durch Beobachtungen auf Forschungsschiffen- sowie mit automatisierten Messsystemen auf kommerziellen Schiffen , Fernerkundungsmessungen (Radar, Satellit) und festen Stationen (Bojen, Messpfähle) im marinen Ökosystem besser verstanden und prognostiziert werden können.

Installation einer FerryBox an Bord des Frachtschiffs Hafnia Seaways. -Bild: KC/Hereon-

Die Abteilung Produktivität der Küsten verwendet Daten der FerryBoxen zur Durchführung von Langzeitmessungen der Wasserqualität entlang der gesamten südlichen Nordsee, wobei der Schwerpunkt auf dem Kohlenstoffkreislauf liegt.
Um die Zuverlässigkeit der Messdaten zu gewährleisten, werden die Beobachtungen zunächst einer automatisierten Qualitätskontrolle unterzogen, bevor sie weitestgehend in Echtzeit in eine Datenbank übertragen werden. Für einige Parameter (z.B. gelöster Sauerstoff, Salzgehalt usw.) werden zusätzlich Wasserproben entlang der FerryBox- Routen gesammelt, im Labor analysiert und dann zur weiteren Qualitätskontrolle mit den FerryBox-Messungen verglichen.
Statistische Methoden wie Zeitreihenanalyse werden in Kombination mit numerischen Modellen (einschließlich Ökosystemmodellen) auf die Langzeitbeobachtungen angewendet, um saisonale und regionale Muster in der Nordsee zu untersuchen.

Zeitserie von pCO₂. Messungen entlang des Transsekts von Halden (NO) nach Zeebrügge (BE). -Bild: http://ferrydata.hereon.de / Hereon-

Darüber hinaus kann ein Vergleich der FerryBox- Daten mit Satellitendaten genutzt werden, um größere räumliche Variationen bestimmter Variablen wie Chlorophyll-a zu verstehen.
Nur durch eine kontinuierliche Überwachung mariner Prozesse über viele Jahre können so subtile Veränderungen in den Küstengewässern aufgeklärt und bewertet werden. Darüber hinaus können diese räumlich und zeitlich hochaufgelösten Langzeitbeobachtungen die Hintergrundinformationen liefern, um die Auswirkungen verschiedener Szenarien (z. B. Extremereignisse oder klimainduzierte Veränderungen) in marinen Ökosystemen im Detail zu untersuchen.

(a) Kontinuierlich gemessene pCO₂ während der Überfahrten im Skagerrak im Herbst 2016. Rot: ICOS Messnetz (pCO₂ Messungen min einem showerhead equilibrator system); Schwarz & blau: FerryBox Messungen (pCO₂ Messungen mit einem Membransystem). Blau wurde verwendet, um die Überfahrten mit den höchsten pCO₂-Werten zu kennzeichnen (b) Karte der verwendeten Transekte (c) Sauerstoffsättigung und (d) pH-Werte entlang der Transekte (NBS-Skala)
Bild: aus Macovei et al. (2021a) KCP / Hereon-

Der Betrieb von FerryBoxen auf Handelsschiffen ermöglicht die Beobachtung von Veränderungen in Oberflächengewässern auf verschiedenen Zeitskalen: z. B. saisonale und jährliche Veränderungen von Salzgehalt, Temperatur, gelöstem Sauerstoff, pH-Wert und Algen. Auch regionale Charakteristika wie Lokation und Eigenschaften von Wassermassen können so ermittelt werden. In einer Studie im Skagerrak zwischen Dänemark und Norwegen wurden die von der FerryBox gemessenen Kohlendioxid Konzentrationen (pCO₂, schwarz) mit den pCO₂ Daten des ICOS-Netzes (Integrated Carbon Observation System, rot) verglichen. Die Studie ergab bei zeitgleichen Messungen am selben Ort übereinstimmende Ergebnisse (Mitte September und Ende Oktober 2016). Als jedoch das Schiff mit der FerryBox an Bord auf einer etwas östlicheren Route fuhr (blau), erfasste es eine Wassermasse mit einer deutlich anderen chemischen Signatur (höherer pCO₂-Wert, geringerer Sauerstoffgehalt und niedrigerem pH), was unterstreicht, wie dynamisch die Meeresumwelt der Küste sein kann.

Siehe auch Macovei et al. (2021)

Kohlenstoffkreislauf

Daten vom einem Radiometer (VIIRS) Instrument an Bord vonauf dem Satelliten Suomi NPP
-Bild: Norman Kuring, NASA GSFC-

Die Ozeane spielen eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. 30-50% des gesamten vom Menschen produzierten Kohlendioxids werden von den Weltmeeren absorbiert. Die Ozeane tragen also wesentlich zur der Entfernung von atmosphärischem Kohlendioxid bei. Es ist jedoch unklar, ob diese CO₂-Aufnahme sich in Zukunft ändern und wie sich dies auf die marinen Ökosysteme auswirken wird.
Die kontinuierliche CO₂-Absorption durch die Ozeane kann zur Versauerung der Meere führen und damit zu einer Abnahme des pH-Wertes des Meerwassers, die alle kalkbildenden Organismen wie Korallen, Coccolithophoren, Krebstiere, Mollusken usw. gefährden kann.

Derzeit wird über die Rolle der Küstenregionen als Quelle oder Senke von Kohlendioxid diskutiert. Kontinuierliche Langzeitbeobachtungen des Kohlenstoffkreislaufs in Küstenregionen sind daher notwendig, um die saisonalen Schwankungen bei der CO₂-Aufnahme, die Auswirkungen auf die Versauerung der Küstenmeere und den Einfluss auf küstennahe Kohlenstoffkreisläufe zu bestimmen.
Die Nordsee ist eine große Kohlendioxidsenke, mit einem effizienten Kohlenstofftransport („Schelf-Kohlenstoffpumpe“) in den Atlantik, bei der bis zu 50% des exportierten Kohlenstoffs unter die permanente Thermokline transportiert und so dauerhaft von der Atmosphäre abgetrennt wird. Solch ein großes und sehr dynamischen Schelfmeer hat eine hohe Variabilität mit großen jahreszeitlichen und räumlichen Schwankungen der Parameter des Kohlenstoffsystems, die die Effizienz seiner Kohlenstoffpumpe beeinflussen können.

Neue Messmethoden sind in der Lage, genaue Daten der Parameter des Kohlestoffsystems zu liefern, einschließlich Gesamtalkalinität (TA), Partialdruck von Kohlendioxid (pCO₂) und pH-Wert. Kommerziell erhältliche Instrumente ermöglichen heutzutage an Bord von Schiffen und an festen Stationen präzise Langzeitmessungen der Kohlenstoffparameter. In der Abteilung Produktivität der Küsten werden diese neuen Sensoren in FerryBox-Systemen und auf Forschungsfahrten eingesetzt, um die jahreszeitliche und räumliche Variabilität des Kohlenstoffkreislaufs in der Nordsee zu untersuchen.

Räumliche und zeitliche Verteilung der Daten zeigt, die zur Erstellung des Kohlenstoffbudgets des Nordwesteuropäischen Schelfs für das Jahr 2015 verwendet wurden. FerryBox Messungen in rot gekennzeichnet. -Bild: aus Kitidis et al. (2019); KCP / Hereon-

Kontinuierliche Beobachtungen der wichtigen Meeresvariablen (EOV) in Küstenmeeren und offenen Ozeanen tragen zu unserem Verständnis der Funktionsweise dieser Ökosysteme und ihrer Veränderungen bei. So wurden beispielsweise die FerryBox-Daten (rote Symbole in der Abbildung) in Kombination mit anderen Beobachtungen verwendet, um ein Kohlenstoffbudget für den nordwesteuropäischen Kontinentalsockel im Jahr 2015 zu berechnen. Die Studie ergab, dass die Region im Jahr 2015 einen Nettoaufnahme von atmosphärischem CO₂ verzeichnete, wobei neben der biologischen Aufnahme im Sommer starke Winde im Winter die Gesamtbilanz bestimmten.
Siehe auch Kitidis et al. (2019).

CO₂-Flusses in der östlichen Nordsee, berechnet aus FerryBox pCO₂-Messungen. Positive (negative) Werte bedeuten, dass der Ozean Kohlendioxid ausgast (aufnimmt). -Bild: aus Macovei et al. (2021b) KCP / Hereon-

Fortgesetzte FerryBox-Beobachtungen in der Nordsee haben gezeigt, dass der Kohlendioxidgehalt in den Oberflächengewässern in den Jahren von 2014 bis 2018 schneller angestiegen ist als in der Atmosphäre. Das bedeutet, dass Gebiete, in denen atmosphärisches CO₂ typischerweise aufgenommen wird (Kohlenstoffsenken), an Wirksamkeit verloren, und Regionen, in denen CO₂ normalerweise wieder in die Atmosphäre abgegeben wird (Kohlenstoffquellen), an Wirksamkeit gewonnen haben.

Siehe auch Macovei et al. (2021b).

Zeitliche Entwicklung der mit der FerryBox im Jahr 2017 gemessenen Gesamtalkalinität. Aufteilung in vier Längsabschnitte, die den sommerlichen Anstieg in den vom Wattenmeer beeinflussten Gebieten zeigen. -Bild: aus Voynova et al. (2019); KCP / Hereon-

FerryBox-Installationen wurden auch erfolgreich für die Implementierung neuer Sensorik genutzt, wie z. B. hochmoderne Messtechnik für die Gesamtalkalinität und den pH-Wert, die in Zusammenarbeit zwischen Hereon und dem GEOMAR entwickelt wurden (Aßmann et al. 2011): zwei weitere wesentliche Parameter des marinen Kohlenstoffsystems.
Die Alkalinität beeinflusst die Pufferkapazität des Meerwassers für Säure und damit die Widerstandsfähigkeit gegen die Versauerung der Ozeane. Die durch die Neuentwicklungen möglichen hochfrequenten Messungen konnten genutzt werden, um einen starken saisonalen Anstiegs der Gesamtalkalinität in den küstennahen Gebieten der Nordsee zu erfassen, der möglicherweise mit der saisonalen Produktion und Umsetzung von organischem Material im Wattenmeer zusammenhängt und durch die Prozesse im Sediment und die Gezeitendynamik in dieser hochdynamischen Region gesteuert wird.

Siehe auch Voynova et al. (2019).

Extremereignisse

Abfluss (Station Neu Darchau) und Nitratbelastung (2013-2015) in Tonnen pro Tag (NO₃- t d^-1). Die Belastung wurde anhand von Nitratmessungen an der Cuxhavener FerryBox-Station an der Elbmündung berechnet. Der höchste Abfluss und die höchste Nährstoffbelastung (5-50 mal höher als normal) traten im Juni 2013 auf und wurden durch das Elbehochwasser verursacht. -Bild: KCP / Hereon-

FerryBoxen an festen Standorten und auf Schiffen halfen dabei, den Einfluss einer extremen Flut auf die Küstenregionen zu erfassen. Die Daten der langjährigen Hereon-FerryBox-Station in Cuxhaven an der Mündung der Elbe zeigten, dass die Nährstoffbelastung durch die Elbe nach der Flut um das 5-50-fache anstieg und die Küstenregionen in der Deutschen Bucht Tage bis Monate nach der Flut erheblich beeinträchtigte. Der große Nährstoffeintrag führte zu einer Phytoplanktonblüte, die die Sauerstoffsättigung und den pH-Wert im Küstenwasser erhöhte, aber auch zu einem Rückgang des Sauerstoffgehalts im Bodenwasser führte, das viel länger als normal geschichtet blieb. Dies wurde nun auch von Modellen erfasst, aus denen hervorging, dass sowohl die hydrologischen als auch die meteorologischen Bedingungen zu den langanhaltenden Auswirkungen des Hochwassers 2013 beitrugen.

Veränderungen der Salzgehalte und der Nährstoffekonzentrationen an der Küste (interpoliert aus Einzelmessungen), die durch das extreme Hochwasser der Elbe im Juni 2013 verursacht wurden. Das Hochwasser führte zu einem niedrigen Salzgehalt und hohen Nährstoffkonzentrationen (hohe Nitrat- und Nitritwerte) in weiten Teilen der Küste. -Bild: aus Voynova et al. (2017); KCP / Hereon-

Die Hochwasserfahne ermöglichte eine Schichtung der Wassersäule und löste eine hohe Primärproduktion im Oberflächenwasser und einen höheren Sauerstoffverbrauch im Bodenwasser aus, was anhand der verfügbaren Messungen beobachtet und anschließend auch modelliert wurde (Kerimoglu et al. 2020).

Die Daten aus den FerryBoxen und anderen Probenahmen wurden verwendet, um die Ausbreitung der Elbfahne an der Küste zu visualisieren.
Siehe auch Voynova et al. (2017).

Sauerstoff (DO % Sättigung) berechnet mit einem biogeochemischen Modell im Juli und August 2013. Im Jahr 2013 nahm der Sauerstoff im Bodenwasser im Vergleich zu den 2012 gemessenen "normalen" Bedingungen erheblich ab. Die Studie ergab, dass sowohl hydrologische als auch meteorologische Bedingungen zu diesem Ökosystemeffekt und der daraus resultierenden Sauerstoffverarmung des Bodenwassers beitrugen. -Bild: aus Kerimoglu et al. (2020); KCP / Hereon-

Kombination eines Transportmodells mit den von einer FerryBox erfassten Daten auf der Fähre Büsum-Helgoland, sowie Verlauf der Salzkonzentration an einer bestimmten Position (schwarzer Kreis in der oberen Abb.) während des Elbehochwassers im Juni 2013. -Bild aus Callies et al. (2021); KCP / Hereon-

Daten von häufigen Schiffspassagen, die mit FerryBoxen gewonnen werden, ergeben quasi kontinuierliche Zeitreihen von Meereseigenschaften, allerdings meist nur entlang einer einzigen Route. Die Kombination der FerryBox-Beobachtungen mit Lagrangeschen Transport-Simulationen ermöglicht es, sowohl die vergangene als auch die künftige Entwicklung der Wassermassen um die Schiffsspur herum zu ermitteln. Die daraus resultierenden synoptischen Karten können verwendet werden, um die Wege von Wasserpartikeln in Küstenregionen zu kartieren und Prozesse besser zu visualisieren. In der nachstehenden Abbildung konnten Quelle, Ausdehnung und Entwicklung der Elbflutfahne vom Juni 2013 an der Küste kartiert werden.
Siehe auch Callies et al. (2021).

Entwicklung neuer Messinstrumente

Land-Sea Interface – Let's Observe Together!

LandSeaLOT InfoGraphic Horizon EU Project

LandSeaLOT: Land-Sea Interface – Let's Observe Together! ist ein HORIZON Europe gefördertes Projekt im Forschungsprogramm HORIZON-CL6-2023-GOVERNANCE-01-11.

LandSeaLot will link together in situ, model and earth observations (EO) and connect related communities, citizens and initiatives such as Copernicus, ESA, EEA, GEOSS, EMODnet and the European Digital Twin of the Ocean. These observations will be used in a gap analysis to co-design a common land-sea interface observation strategy and an implementation plan. LandSeaLot participants will simultaneously work on improving: in situ and EO capabilities, models to reduce the model/observations gap and the integration of model, in situ and satellite data. Observation capacity will be increased through tested, improved and guided use of low-cost technology by citizens, facilitated by the network of European marinas. The technologies selected will be piloted in LandSeaLOT Integration Labs (ILs) together with improved and integrated in situ and EO observation techniques and model outputs. LandSeaLOT ILs will cover selected areas in the Black Sea, Aegean Sea, Mediterranean Sea, Atlantic Ocean, North Sea and Baltic Sea, with a range of catchment, tidal and meteorological regimes. Experts and citizen science leaders will work in the ILs together with JERICO-RI, DANUBIUS-RI and ICOS-ERIC, and with regional policy makers and managers to tailor integrated observations that will provide them with information to manage societal challenges. These will include assessment of the lateral carbon flux and stock, plastics transfer, nutrients impact on primary production and eutrophication, supporting biodiversity conservation, improving modeling capability and supporting climate change adaptation (storm surges, floods, heat waves, coastal erosion, salt water intrusion). Relevant communities will be engaged by workshops, conferences, training, a high-tech summit and by a communication strategy including videos and policy briefs to ensure LandSeaLot’s legacy.

Hereon will lead work package 3 (Integrated observation and model frameworks) that focuses on developing, testing and bench-marking best practice for integrating observations and modelling capabilities to support modelling frameworks as a stepping stone to the development of digital twins of the land-marine interface. Hereon also has a prominent role regarding the North and Black Sea LandSeaLOT Integration Labs, as well as for the development of a Joint Observation Strategy at the Land-Sea Interface.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von LandSeaLOT.
Hereon EU Project Link

AQUARIUS: Aqua Research Infrastructure Services for the health and protection of our unique, oceans, seas and freshwater ecosystems ist ein HORIZON Europe gefördertes Projekt im Forschungsprogramm Research and Innovation Action (RIA), HORIZON-INFRA-2023-SERV-01-01.

AQUARIUS will provide a highly comprehensive suite of integrated research infrastructures appropriate to addressing significant challenges for the long-term sustainability of our unique oceans, seas and freshwater ecosystems. For the first time, diverse research
infrastructures will be combined to facilitate the work of researchers and key stakeholders focused on challenges and opportunities for both marine and freshwater systems. An impressive range of 57 research infrastructure services will be made available to include research vessels, mobile marine observation platforms, aircraft, drones, satellite, sensors, fixed freshwater and marine observatories and test sites, experimental facilities, and sophisticated data infrastructures. AQUARIUS will support the development phase of the EU Mission to Restore our Ocean and waters by 2030, the Sustainable Blue Economy Partnership, the European Green Deal, and international climate initiatives. It will also be an essential component in achieving the European Digital Twin of the Ocean and the UN Decade for Ocean Sciences.
The needs of researchers will be met through a robust and transparent system of transnational access funding Calls, facilitated by centralised user-friendly access portal. The Call programme will be informed through stakeholder engagement and brokerage events.
Projects to be selected for Access must convincingly integrate multiple infrastructures and contribute to the core policy objectives of Mission Ocean, that is, to protect and restore marine and freshwater ecosystems and biodiversity; to prevent and eliminate pollution of our oceans, seas and waters; and to ensure a sustainable, carbon-neutral and circular blue economy. A thematic and geographic focus will be the hallmark of the proposed transnational Calls, aligning with the Lighthouse Regions, that is, the Baltic and the North Sea Basins, Black Sea, Atlantic/Arctic, and Mediterranean Sea along with their associated rivers.

Hereon offers several of its research infrastructures for transnational access including to Cuxhaven and Tesperhude research stations, the Mobile Underwater Observatory in the North Sea (in cooperation with AWI), RV Ludwig Prandtl, the Elbe-GB-EcoHealthMonitor and the stable isotope lab in KCN.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von CARBOSTORE. Hereon EU Project Link

SOOP - Shaping Ocean Of Possibilities

SOOP Shaping Ocean of Possibilities for Science - Industry collaboration wird im Rahmen der Helmholtz-Förderlinie „Innovationsplattformen als nachhaltige und strukturbildende Maßnahmen zur Stärkung von Transfer und Innovation“ in den Jahren 2023 bis 2025 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Koordinator ist GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Bei SOOP arbeiten auch die Organisationen Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung und das Helmholtz-Zentrum Hereo, mit Partnern aus Industrie, Zivilgesellschaft und Wissenschaft zusammen.

SOOP – Shaping an Ocean Of Possibilities for science-industry collaboration zielt darauf ab, die Entwicklung neuer Messgeräte, insbesondere modularer Sensoren, zu unterstützen. Diese Sensoren können auf Schiffen eingesetzt werden, die nichtwissenschaftlichen Zwecken dienen, z. B. auf privaten Segelbooten. Die so gesammelten ozeanografischen und klimarelevanten Daten werden dann auf einer gemeinsam betriebenen digitalen Plattform zusammengeführt. Mit Hilfe dieser Daten können Modelle des Ozeans erstellt werden, die Temperatur, Salzgehalt, Strömung und andere Kenngrößen simulieren. So können die Wissenschaftler:innen Hinweise auf den Zustand der Meere geben und effektive Frühwarnsysteme ausarbeiten.

Wir arbeiten in Arbeits Packet 3, Technologie and Standardverfahren, wo die Ziele sind:
- Bereitstellung eines Open-Source-Baukastens für die Entwicklung relevanter Messinstrumente zur Erfassung von Ozean- und Klimadaten
- Zusammenarbeit mit der Industrie zur Entwicklung von konkreten Anwendungsfällen von Messsystemen und -modulen für kleine und große Schiffe sowie Driftbojen
- Entwicklung von Standardverfahren für den Transfer von Technologien für Prototypen der Messinstrumente, die auf offenen und frei zugänglichen Quellcodes und Standards basieren

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von SOOP.
SOOP Projekt Hereon Link

FunnyGirl Ferry underway, source Hendrik Rust, KCP

NECO: Natural hazards and marine ECOsystem response - causal linkage and predictability ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Verbundprojekt im Forschungsprogramm MARE:N “Ozeane unter Stress”, mit Koordination von Wenyan Zhang (Hereon, KS) und Projektpartner von Second Institute of Oceanography, MNR, Shanghai Jiaotong University und Marine Environmental Monitoring and Forecasting Center of Zhejiang Province in China. Der Projekt läuft von 2023 bis 2026.

Naturgefahren sind natürlich vorkommende Ereignisse, die oft starke, zum Teil katastrophale Auswirkungen auf Mensch und Umwelt haben. Das Projekt NECO konzentriert sich auf die natürlichen Gefahren, die sich auf die Funktionsweise von Küsten- und Meeresökosystemen und die entsprechenden Kontrollen der Kohlenstoffspeicherung und -kreisläufe auswirken können. Insbesondere konzentrieren wir uns auf die Auswirkungen von Starkregen, Hochwasser, Hitzewellen und Stürmen auf die Entwicklung von schädlichen Algenblüten (HAB) und Sauerstoffmangel in zwei küstennahen Schelfmeeren, der Nordsee und dem ostchinesischen Meer, und untersuchen deren Vorhersagbarkeit. Wir wenden eine breite Palette von Analysetechniken an, die datengesteuerte künstliche Intelligenz und prozessbasierte numerische Modelle kombinieren. Wir identifzieren und charakterisieren Regionen, die anfällig für Naturgefahren erscheinen, um ein prozessbasiertes Verständnis der kausalen Zusammenhänge zwischen Naturgefahren und Störungen der marinen Ökosysteme und Kohlenstoffspeichern zu schaffen, und um die Vorhersagbarkeit von Naturgefahren und deren Auswirkungen auf küstennahe marine Ökosysteme auf saisonaler bis dekadischer Zeitskala zu verbessern. Ein fester Bestandteil und Ziel des Projekts ist die Verbesserung des Wissenstransfers, die Organisation des Dialogs mit den Interessenvertretern und die Erarbeitung politischer Empfehlungen. NECO wird somit eine fundierte Wissensbasis und Instrumente zur Bewertung der Funktionsweise der Ökosysteme der Nordsee und des Ostchinesischen Meeres als Reaktion auf Naturgefahren und deren Wechselwirkungen mit Ökosystemstrukturen und den Kohlenstoffkreisläufen bereitstellen.

CARBOSTORE: Carbon Storage in German Coastal Seas – Stability, Vulnerability and Perspectives for Manageability ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Verbundprojekt im Forschungsprogramm „MARE:N – Küsten-, Meeres- und Polarforschung für Nachhaltigkeit“ unter dem Dach des Forschungsrahmenprogramms „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA).

Bezugnehmend auf die Ausschreibung des BMBF vom 26. Juli 2019 widmet sich CARBOSTORE im Besonderen der “Analyse von Wechselwirkungen physikalisch bedingter und biogeochemischer Kreisläufe (insbesondere CO2-Aufnahme/biologische Pumpe) unter dem kombinierten Einfluss des globalen Wandels und weiterer unmittelbar anthropogener Einflussfaktoren”. Dieser Frage wird für die beiden Randmeere Nordsee und Ostsee nachgegangen, deren Küstenverlauf zu Teilen durch deutsches Hoheitsgebiet führt.

Hauptziel von CARBOSTORE ist die Untersuchung der Stabilität und Verwundbarkeit verschiedener Kohlenstoffspeicher in den deutschen Nebenmeeren Nord- und Ostsee. Hierfür wird geprüft, ob und in welchem Maß Prozesse, die für die Kohlenstoffspeicherung verantwortlich sind, beeinflusst sind oder werden. Aufbauend auf diesen Untersuchungen der Verwundbarkeit, und unter Berücksichtigung relevanter gesetzlicher sowie sozio-ökonomischer Rahmenbedingungen, werden Perspektiven entwickelt, die die gezielte Erhöhung der Kohlenstoffspeicherung in Nord- und Ostsee, d.h., netto negative CO2-Emissionen, zum Ziel haben.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von CARBOSTORE.

SEA-ReCap Black Sea Underwater Deployment, source: Shkorpilovtsi Diving Center within SEA-ReCap

SEA-ReCap - Research Capacity Building for healthy, productive and resilient Seas

SEA-ReCap is a Helmholtz Association European Partnering project, which started in November, 2021. This project aims to further develop and strengthen the partnership between the Helmholtz-Zentrum Hereon in Germany and the Institute of Oceanology (IO-BAS) in Bulgaria, and supports the current and upcoming joint research and development activities. The western Black Sea and the North Sea are the two focus regions of the Helmholtz Partnership between Herepn and IO-BAS. The long-term objective of SEA-ReCap is to support the implementation of the Strategic Research and Innovation Agenda for the Black Sea (SRIA), and in particular the Knowledge-bridge pillar “Addressing f undamental Black Sea research challenges”. Together with HGF POF IV Topic 4 activities, this partnership will strengthen the capacity of IO-BAS with regards to new automated observation systems, implementation of novel modelling tools, integration of observational data and modelling results into scenario models, and applying those to joint research projects. SEA-ReCap’s approach is based on the analysis of existing data and knowledge, and interdisciplinary field campaigns and programs, which will employ novel measuring technologies, combined with the application of existing and novel coupled ocean models. Furthermore, the developed integrative and interdisciplinary framework will address the major challenges identified in both POF IV Topic 4 and the Black Sea SRIA.

SEA-ReCap work focusses on:
- Joint development of platforms and methods for integrated observations, predictive modelling tools, and novel system-analysis: contribution to joint development of the Ocean Observing and Modelling Systems;
- Establishment of science-based information streams and packages for different plausible and desirable future states of the two coastal-ocean systems: contribution to the knowledge base for evidence-based policymaking for sustainable use coastal marine ecosystems;
- Joint development of the ESFRI research infrastructure DANUBIUS-RI (The International Centre of Advanced Studies on River Sea Systems).

View of the North Sea, source: Ocean Dala Lab, ESA

PhytoDive Projekt

PhytoDive – Diversität und Produktivität des Phytoplanktons in globalen Küstengewässern
Am 1. Januar 2021 begann die I2B Projekt PhytoDive, mit Koordinator Martin Hieronymi, KOF.

Die Produktivität von Küstengewässern ist essentiell für Fische und andere aquatische Organismen und damit ein wichtiger Baustein der globalen Nahrungsmittelversorgung. Die Verfügbarkeit von globalen Satelliten-Erdbeobachtungsdaten der Ocean Colour über mehr als zwei Dekaden bietet eine exzellente Möglichkeit zur Studie von Phytoplankton-Diversität und -Produktivität, sowie deren Veränderungen. Verfügbare Spektraldaten sollen mit Hilfe künstlicher Intelligenz eine Analyse einzelner Phytoplankton-Gruppen ermöglichen. Das Hauptaugenmerk in diesem Projekt liegt dabei auf globalen Seegebieten mit größter ökologischer und gesellschaftlicher Relevanz – im Übergang von offenem Ozean, den Schelfbereichen bis hin zu den Küsten, sowie den Randmeeren. Wichtige Phytoplankton-Gruppen, die auch in toxischen Algenblüten auftreten können, sollen lokal identifiziert und raumzeitlich beobachtet werden. Mit Hilfe von operationellen und klimatologischen Ocean Colour Daten sollen Anomalien und Veränderungen von Blüten und Spezies-Zusammensetzung untersucht werden. Abhängig von den Phytoplankton-Gruppen und regionalen Gegebenheiten sollen wichtige Kenngrößen für Klimastudien wie der Primärproduktion des Phytoplanktons und dem assoziierten Kohlenstoffkreislauf abgeschätzt werden. Die Ergebnisse sollen in IfK-Kooperation und mit nationalen Partnern validiert und genutzt werden. Die Ergebnisse sollen für die Modellierung der marinen Biogeochemie und des pelagischen Ökosystems aufbereitet werden. Mögliche anthropogene Ursachen für Veränderungen, wie Wassertemperaturanstieg in Folge des Klimawandels, erhöhtem Nährstoffeintrag aus Flüssen oder dem Bau von Offshore-Strukturen, sollen analysiert werden. Entsprechende Auswirkungen für Fischerei und Aquakulturen, aber auch für andere Interessengruppen sollen kommuniziert werden.
Wir arbeiten in Arbeits Pakete 3 (Bestimmung von POC und Produktivität aus Satellitendaten) und 4 (Satelliten-Produktivität und Kohlenstoff)

DANUBIUS-IP project

DANUBIUS-IP
(DANUBIUS-RI Implementation Phase)

Am 1. Oktober 2022 begann die Umsetzungsphase für DANUBIUS-RI. DANUBIUS-RI ist eine pan-europäisch verteilte Forschungsinfrastruktur (RI = Research Infrastructure), die integrierte Untersuchungen von Flüssen und ihren Einzugsgebieten, Übergangsgewässern, wie Ästuaren, Deltas und Lagunen sowie ihrer angrenzenden Küstenmeere ermöglicht.

DANUBIUS-RI betrachtet Fluss-Meer Systeme als sozio-ökologische Systeme, in denen natürliche Prozesse und menschliche Aktivitäten eng miteinander verwoben sind. Die Forschungsinfrastruktur wählt deshalb einen integrierten, interdisziplinären und partizipativen Ansatz, um das Prozess- und Systemverständnis zu verbessern und ein nachhaltiges Management von Fluss-Meer Systemen zu ermöglichen.

Detaillierte Informationen zu dem pan-europäischen Projekt finden Sie auf der DANUBIUS-RI Website mehr

JERICO-NEXT
(Joint European Research Infrastructure network for Coastal Observatory – Novel European eXpertise for coastal observaTories)

The coastal area is the most productive and dynamic environment of the world ocean with significant resources and services for mankind. JERICO-NEXT (33 organizations from 15 countries) emphasizes that the complexity of the coastal ocean cannot be well understood if interconnection between physics, biogeochemistry and biology is not guaranteed. Such an integration requires new technological developments allowing continuous monitoring of a larger set of parameters. In the continuity of JERICO (FP7), the objective of JERICO-NEXT consists in strengthening and enlarging a solid and transparent European network in providing operational services for the timely, continuous and sustainable delivery of high quality environmental data and information products related to marine environment in European coastal seas.

The main objectives of JERICO-NEXT are to support European coastal research communities, enable free and open access to data, enhance the readiness of new observing platform networks by increasing the performance of sensors, showcase of the adequacy of the so-developed observing technologies and strategies, and to propose a medium-term roadmap for coastal observatories through a permanent dialogue with stakeholders. JERICO-NEXT is based on a set of technological and methodological innovations. One main innovation potential is to provide a simple access to a large set of validated crucial information to understand the global change in coastal areas.

Furthermore, JERICO-NEXT provides coordinated ‘free of charge’ trans-national access to researchers or research teams from academy and industry to original coastal infrastructures operated by the projects consortium. This access opportunity is expected to help building long-term collaborations between users and to promote innovation and transfer of know-how in the coastal marine sector. Within this approach Hereon offers different research platforms including FerryBoxes, Gliders and cabled observatories (in cooperating with the Alfred Wegner Institute (AWI)).

Further information can be found on the JERICOnext website.

NeXOS
(Web-fähige Sensoren der nächsten Generation zur Überwachung eines sich verändernden Ozeans)

Das NeXOS-Projekt zielte darauf ab, die zeitliche und räumliche Abdeckung, Auflösung und Qualität von Meeresbeobachtungen durch die Entwicklung kosteneffizienter innovativer und interoperabler In-situ-Sensoren zu verbessern, die von mehreren Plattformen aus eingesetzt werden können.
Dies wurde durch die Entwicklung neuer, kostengünstiger, kompakter und integrierter Sensoren mit mehreren Funktionen erreicht, einschließlich der Messung von Schlüsselparametern, die für eine Reihe von Zielen nützlich sind, von einer genaueren Überwachung und Modellierung der Meeresumwelt bis hin zu einer verbesserten Bewertung der Fischerei.
Diese Sensoren basieren auf optischen und akustischen Technologien und beziehen sich auf einen Großteil der Deskriptoren, die in der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie für einen guten Umweltzustand aufgeführt sind. Alle neuen Sensoren reagieren auf Multiplattform-Integration, Sensor- und Dateninteroperabilität, Qualitätssicherungs- und Zuverlässigkeitsanforderungen. Die Sensoren wurden kalibriert, auf verschiedenen Arten von Plattformen integriert, wissenschaftlich validiert und demonstriert.

Im Rahmen von NeXOS hat die Abteilung für Globale Küste einen Hyper-Spektralabsorptions-Sensor (HyAbS) entwickelt, der für einen automatisierten Betrieb in Durchflusssystemen wie der FerryBox optimiert wurde und Proxies von Phytoplankton-Biomasse, suspendierten Partikeln in der Wassersäule und Zusammensetzung von Phytoplanktonarten liefert. Darüber hinaus wird ein Sensor zur Messung von Parametern des Kohlenstoffkreislaufs (pH, Alkalinität und CO2) in Zusammenarbeit mit Norwegen weiter optimiert
Partner.

Weitere Informationen finden Sie auf der NeXOS-Website.

EnviGuard ist eine Antwort auf den wachsenden Bedarf an genauer Echtzeitüberwachung der Ozeane. Zudem benötigt die Aquakulturindustrie ein zuverlässiges und kosteneffektives Risikomanagement-Tool. Die Implementierung des EnviGuard-Systems ermöglicht die frühzeitige Erkennung schädlicher Algenblüten (HAB), chemischer Kontaminanten, Viren und Toxine und verhindert damit wirtschaftliche Verluste. Das modulare EnviGuard-System besteht aus drei verschiedenen Sensormodulen (Mikroalgen / Krankheitserreger, d. H. Viren und Bakterien / Toxine und Chemikalien), die an die gemeinsame Schnittstelle "EnviGuard Port" angeschlossen sind, die die Informationen sammelt und an einen Server sendet. Die Daten werden in Echtzeit über eine Website zugänglich sein. Die im Projekt entwickelten Biosensoren gehen weit über den aktuellen Stand der Technik in Bezug auf Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Einfachheit hinaus, indem sie Innovationen aus der Nanotechnologie und der Molekularbiologie kombinieren, die zur Entwicklung modernster Sensortechnologie führen.

Im Rahmen des EU-Projektes EnviGuard entwickelt das Alfred-Wegner-Institut (AWI) einen Biosensor zum Nachweis verschiedener Phytoplanktonarten für den Einsatz in FerryBox-Systemen weiter. Der Biosensor wird automatisierte Probenahme und Probenverarbeitung umfassen. Die Abteilung Globale Küste trägt zur Entwicklung dieses Biosensors bei, indem er den Sensor für die autonome Verwendung in Verbindung mit FerryBox-Systemen und Echtzeitdatenübertragung testet und optimiert.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website EnviGuard.

Bilaterales Projekt China - Deutschland:
Kostengünstige Überwachung der Wasserqualität im nördlichen Gelben Meer

Die Umwelt im Gelben Meer zwischen China und der koreanischen Halbinsel wurde in den letzten Jahrzehnten dramatisch beeinträchtigt. Diese Umweltveränderungen sollen nun kontinuierlich beobachtet werden. Zu diesem Zweck wurde das Projekt "Wirtschaftliche Methoden zur Beobachtung der Wasserqualität im nördlichen Gelben Meer" gegründet und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Die Abteilung für In Situ Messsysteme verfügt mit ihrem FerryBox-System über ein automatisiertes, ökonomisches Messsystem für die großflächige Beobachtung.
Zusammen mit dem Institut für Küstenforschung in Yantai, China, demonstriert eine Fährlinie in der Bohai-Bucht die Anwendbarkeit der FerryBox zur Beobachtung der Wasserqualität im Gelben Meer.

Chinesische Wissenschaftler besuchen das Hereon zum Austausch von Wissen und zum Training der FerryBox, während die Abteilung für In Situ Messsysteme mit Hilfe einer tragbaren FerryBox zu verschiedenen Jahreszeiten verschiedene Messkampagnen an Bord einer Fähre in der Bohai Bay durchführt.

Ziel ist es, mit Hilfe von FerryBoxen und anderen Beobachtungsmethoden im Gelben Meer wirtschaftliche und kontinuierliche großräumige Wasserqualitätsbeobachtungen zu etablieren.