Arbeitspaket 2
Forschungsziel: Die Küstenzone ist ein hochdynamischer Transitraum für Stoffe und Organismen, dessen Austauschprozesse stark variieren. Ziel von AP2 ist die Entwicklung eines harmonisierten Probenahmesystems, das physikalische Kerndaten (z. B. Salinität, Temperatur) mit Turbulenzmessungen, Biogeochemie und Biodiversität verknüpft. Damit sollen die komplexen Wechselwirkungen zwischen Hydrodynamik und Biologie auf den relevanten Skalen erfassbar werden.
Methodik: Der Ansatz kombiniert hochauflösende Zeitreihen an Feststationen mittels automatisierte Messungen mit räumlich flexiblen Messungen durch innovative autonome Messysteme. Dies ermöglicht es, die ökologischen Auswirkungen kurzzeitiger Extremereignisse („hot moments“) wie Algenblüten oder Stürme auf das Küstenökosystem präzise zu analysieren. Die Ergebnisse werden in Laborversuchen validiert und spezifiziert.
Automatisierte Messungen
Imaging FlowCytobot (IFCB) Im Rahmen des S2B wird das IFCB eingesetzt, um die Dynamik von Phytoplankton-Gemeinschaften in der Ostsee zu untersuchen. Aktuell befindet es sich an der Seebrücke Heiligendamm, der Langzeit-Monitoringstation des IOW, und ergänzt dort klassische Methoden wie die Mikroskopie und das eDNA-Metabarcoding. Das IFCB ermöglicht eine kontinuierliche Echtzeit-Überwachung um schnelle ökologische Reaktionen auf Stressfaktoren wie Hitzewellen oder Stürme zu erfassen. Zudem wird das IFCB im Projekt HABBAL auf dem Forschungsschiff Elisabeth Mann Borgese eingesetzt.
environmental DNA Oceanic Thresher (eDOT): Der eDOT ermöglicht es, die biologische Vielfalt (Biodiversität) mittels eDNA Proben in Gewässern über lange Zeiträume lückenlos zu überwachen, ohne dass ständig Personal vor Ort sein muss. Dies wird im S2B genutz, um kontinuierliche Messungen und die Auswirkungen von extremen Wetterereignissen im Flachwasser zu erfassen.
Innovative autonome Messysteme
Drohnengestützte Fernerkundung: Zur Erfassung mariner Parameter werden regelmäßige hyperspektrale Befliegungen im Küstenbereich durchgeführt. Die Bilddatengewinnung erfolgt dabei spezifisch über Wasserflächen, wobei eine Validierung der Daten durch begleitende In-situ-Umweltmessungen sichergestellt wird.
Unbemanntes Oberflächenfahrzeug (USV): Das BlueBoat ist ein vielseitiges USV für automatisierte Vermessungen in Flachwasserbereichen. Die modulare Plattform kann diverse Sensoren integrieren – darunter Unterwasserkameras, ADCP, Multibeam-Echolote, Seitensichtsonare, Profilierwinden und den eDOT.
Das Eddy-Kovarianz-System misst turbulente Stoffflüsse durch hochauflösende Erfassung von Strömungs- und Konzentrationsdaten. Unser System integriert außerdem ein Acoustic Doppler Velocimeter mit mehreren Sensoren (aktuell Sauerstoff und Temperatur), um komplexe biogeochemische Austauschprozesse simultan zu erfassen.
Laborversuche
Flache Küstengewässer sind häufig durch sturmbedingte Sedimentresuspension geprägt. Da anoxische Bedingungen im Sediment die Keimung von Plankton-Überdauerungsstadien hemmen, könnte dieser Mechanismus den Prozess fördern. In einem laborexperiment wurde Sedimentkerne über vier Monate bei steigenden Temperaturen entweder ungestört belassen oder regelmäßigen Resuspensionsereignissen ausgesetzt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung der Protisten-Gemeinschaft primär durch eine temperaturabhängige Artenabfolge bestimmt wurde. Während die Gesamtanzahl der Arten durch die Durchmischung unbeeinflusst blieb, veränderte sich die Gemeinschaftsstruktur durch die Keimung von Überdauerungsstatien.
Für Zooplanktons liegt der Fokus auf den Lebenszyklen und der Frühjahrs-Rekrutierung. In den Inkubationsexperimenten untersuchen wir unter In-situ-Bedingungen, wie saisonale Umweltfaktoren – insbesondere Temperatur und Resuspension – die Aktivierung von Dauereiern im Sediment beeinflussen. Zudem erforschen wir die Bedingungen für die Produktion dieser Stadien im Kontext des Klimawandels.