Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Erprobung der Datengewinnung mit einer robotischen Plattform bei mehreren Gel\u00e4ndekampagnen im Amazonasgebiet auf Seen unterschiedlicher Charakteristiken. Ermittlung des Gasaustauschs zwischen Atmosph\u00e4re und Wasserk\u00f6rper und parallel dazu aller n\u00f6tigen Randparameter.<\/p>\n
Die konkreten Forschungsfragen lauteten:
\n\u0095 L\u00e4sst sich zwischen Klarwasser, Schwarzwasser und Wei\u00dfwasserseen in Bezug auf Wasserchemie und Gasaustauschverhalten differenzieren?
\n\u0095 Wie sehen die Gasaustauschsignaturen tropischer Seen im Vergleich zu temperierten Seen aus?
\n\u0095 Gibt es einen nachweisbaren Unterschied zwischen dem Gasaustausch der benachbarten Terre Firme B\u00f6den und den Seen?
\n\u0095 Wie stellt sich der Beitrag (in der Regenzeit) \u00fcberschwemmter B\u00f6den und von Seen der feuchten Tropen im Hinblick auf die globale Treibhausgasbilanz dar?
\n\u0095 Lassen sich aus den Ergebnissen dieses Projektes Hinweise f\u00fcr opVmierten Landnutzungsmanagement ableiten?<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBasierend auf einer im EU-Projekt RoBiMo entwickelten modularen, aquatischen, robotischen Plattform (MARP-FG), konnten im Rahmen der DBU-Projektf\u00f6rderung drei Feldkampagnen auf Klar-, Schwarz- und Wei\u00dfwasserseen in Amazonas, Brasilien durchgef\u00fchrt werden. Dabei wurden von Anfang an mit der Plattform vor Ort Kohlendioxidkonzentrationen der Wassers\u00e4ule direkt bestimmt. Parallel dazu wurden Gasproben genommen, mikrometeorologische Untersuchungen am Ufer durchgef\u00fchrt sowie hydrographische Profil aufgenommen gewonnen.<\/p>\n
Mit jeder Kampagne konnte durch die jeweils gewonnenen Erfahrungen die Autonomie der Plattform MARP-FG erweitert werden. Bei der letzten Kampagne im August 2023 war die Plattform erstmalig vollst\u00e4ndig autonom, konnte vom Startpunkt nach vorprogrammiertem Kurs mehrere Messpunkte aufsuchen, dort das gew\u00fcnschte Arbeitsprogramm durchf\u00fchren und anschlie\u00dfend zum Ausgangspunkt zur\u00fcckkehren. Das Ziel, n\u00e4chtliche Untersuchungen durchzuf\u00fchren wurde bereits bei der zweiten Kampagne im M\u00e4rz 2023 realisiert und im August wiederholt.<\/p>\n
Die angewandten Methoden sind einerseits jene, die f\u00fcr Robotik und k\u00fcnstliche Intelligenz notwendig sind. Dabei geht es um Steuer- und Regeltechnik, sowie um Datenmanagement und Datentransfer. Andererseits steht das limnologische und biogeochemische Methodeninventar. Dies umfasst mikrometeorologische Untersuchungen (Sensoren f\u00fcr Strahlung, Temperatur, Luftdruck- und Feuchte, Niederschl\u00e4ge, Windgeschwindigkeit), hydrographische Profile mittels Multiparametersonde (Wassertemperatur, elektrische Leitf\u00e4higkeit, Druck [Tiefe], pH-Wert, Chlorophyll-a, Tr\u00fcbe) und Tiefensondierung mit Sonar, Wasserprobenahme f\u00fcr Anionen- und Kationenanalytik sowie Tr\u00fcbstoffe (CNS) und die Ermittlung von Treibhausgasfl\u00fcssen \u00fcber die In-situ Messung von CO2 sowie regelm\u00e4\u00dfige Gasbeprobung zur sp\u00e4teren Bestimmung von CO2, CH4 und N2O mittels Gaschromatographie. Ebenfalls integriert wurden die Ergebnisse einer Sedimentprobenahme, um die Kohlenstoff- und Stickstoffvorr\u00e4te zu quantifizieren sowie den gesamten Stoffbestand charakterisieren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Nicht vernachl\u00e4ssig werden darf, dass das Projekt RoBiMo-Trop an das Projekt EcoRespira-Amazon anschlie\u00dft, bei dem der Fokus auf den terrestrischen Systemen (terra firme) lag, und letztlich die gleiche Frage zur Treibhausgasdynamik im Vordergrund stand. Aus jenem Projekt liegen entsprechende Daten sowohl der Systemrespiration und der Gasfl\u00fcsse ebenso vor, wie hoch pr\u00e4zise Daten zur Bodenchemie, einschlie\u00dflich der Kohlenstoff- und Stickstoffvorr\u00e4te.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Aquatische Systeme der inneren feuchten Tropen sind durch starke Wasserstandsschwankungen ebenso charakterisiert wie durch hohe Wassertemperaturen, oft Polymixie und entsprechend angepasste Organismen und Nahrungsnetze. Diverse Arbeiten nehmen eine weit \u00fcberdurchschnittliche Freisetzung von Treibhausgasen aus diesen Systemen an. Letzteres konnte durch die bisherigen Arbeiten in RoBiMo-Trop nicht best\u00e4tigt werden. Der Gasaustausch \u00e4hnelte dem benachbarter B\u00f6den. Lachgas spielte fast keine Rolle, im Gegensatz zu Kohlendioxid und Methan. Die einzelnen Gew\u00e4ssertypen (Klar-, Schwarz-, Wei\u00dfwasser) konnten deutlich \u00fcber ihr Gasaustauschverhalten differenziert werden. Diese Differenzierung spiegelt sich ebenso in der Chemie der Gew\u00e4ssersedimente wieder.<\/p>\n
Durch den robotischen Ansatz gelang es sowohl, die Positionsgenauigkeit bei den Arbeiten an einem \u0084Punkt\u0093 deutlich zu erh\u00f6hen, als auch die Wiederholgenauigkeit der Messungen zu optimieren. Dar\u00fcber hinaus lag ein gro\u00dfer Fortschritt in der M\u00f6glichkeit, nunmehr auch Nachts Messungen und Probenahmen ohne Risiko f\u00fcr Wissenschaftler:innen und technisches Personal durchzuf\u00fchren. Diese ersten Ergebnisse n\u00e4chtlicher Messungen bed\u00fcrfen des Nachweises der Reproduzierbarkeit. Aktuell ist ein DFG-Antrag in der Begutachtung, mit dessen Unterst\u00fctzung wir dies verwirklichen wollen.<\/p>\n
Die Kernergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
\n\u0095 Nur je ein hydrographisches Profil pro Trocken\/Regenzeit ist deutlich unzureichend. Gerade auch wegen der Polymixie vieler tropischer Seen sind regelm\u00e4\u00dfige (w\u00f6chentllich) Wiederholungen n\u00f6tig \u0096 ein weiteres Argument f\u00fcr robotische L\u00f6sungen.
\n\u0095 Alle Seen, unabh\u00e4ngig vom Wassertyp zeigen deutlich besser gepufferte Verh\u00e4ltnisse als die jeweils umliegenden B\u00f6den der Einzugsgebiete. Dies reflektiert sowohl den puffernden Kationeneintrag (v.a. Mg, Ca), als auch die Planktonaktivit\u00e4t.
\n\u0095 Der teilweise extreme Sauerstoffmangel bereits ab \u00b11 m Wassertiefe wird bei weiterer Erh\u00f6hung der Durchschnittstemperaturen zu Problemen in den Nahrungsketten f\u00fchren.
\n\u0095 DOC-Werte der W\u00e4sser liegen im erwarteten Bereich; differenziert nach Seentyp.
\n\u0095 Die ionare Zusammensetzung der W\u00e4sser Hauptan- und -kationen) liegt mit Ausnahme der Wei\u00dfwasserseeen im Bereich von Niederschlagsw\u00e4ssern mit sehr geringen Leitf\u00e4higkeiten (< 50 ?S cm-1).\n\u0095 Dies gilt analog f\u00fcr Spurenelemente.\n\u0095 Boden- und Sedimentchemie sind deutlich voneinander verschieden; vor allem im Hinblick auf die Anreicherung basischer Kationen in den Seesedimenten.\n\u0095 Tagesdaten der THG-Respiration \u00e4hnelten sehr der Reaktion von lokalen B\u00f6den. Nachts zeichnet sich eine geringe Erh\u00f6hung ab, die jedoch noch nicht als repr\u00e4sentativ angesehen werden kann.\n\u0095 Der Balbina Stausee ist heute entgegen seiner Bildungsphase in den sp\u00e4ten 1980er und fr\u00fchen 1990er Jahren offensichtlich keine THG-Quelle mehr, sondern THG-neutral. Im Gegensatz dazu sind die untersuchten Schwarz- und Wei\u00dfwasserseen eindeutige THG-Quellen.\n\u0095 Generell lassen sich die Gew\u00e4ssertypen in Bezug auf physikochemische Parameter, Wasser- und Sedimentchemie sowie Gasaustauschverhalten voneinander differenzieren.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nMit Projektbeginn wurde eine Webseite aufgebaut, um \u00fcber das Projekt und seinen Fortschritt berichten zu k\u00f6nnen. Bedauerlicherweise sind alle entsprechenden Arbeiten durch den professionellen Hackerangriff gegen die TU Bergakademie Freiberg im Januar 2023 zunichte gemacht worden \u0096 alle Dateien wurden zerst\u00f6rt. Eine neue Webseite ist derzeit im Aufbau.\n\nBei jeder der Gel\u00e4ndekampagnen in Brasilien fand gegen Ende ein (teil)\u00f6ffentlicher Workshop statt. Dazu wurden Vertreter:innen von Beh\u00f6rden und Forschungseinrichtungen sowie den lokalen Universit\u00e4ten eingeladen. Durch die Pandemie war die Resonanz mit ca. 20 bis 50 Teilnehmenden geringer als erwartet.\n\nIm M\u00e4rz 2022 konnte ein Fotojournalist (Eckart Mildner) die gesamte Gel\u00e4ndekampagne auf eigene Kosten begleiten. Parallel dazu druckte die Freie Presse in Sachsen (etwa 400.000 Leser:innen) t\u00e4glich Bilder und Berichte des Projektfortschritts.\n\n\u00dcber den gesamten Projektzeitraum berichteten deutsche und brasilianische Presseorgane (Radio, Zeitungen) immer wieder \u00fcber das Projekt.\n\nDie beteiligten Wissenschaftler:innen trugen und tragen weiterhin auf Tagungen national wie international zum Projekt vor (Brasilien, Costa Rica, Deutschland, Mexico, \u00d6sterreich, Panama). Zugleich laufen aktuell Antr\u00e4ge, um die Arbeiten fortf\u00fchren zu k\u00f6nnen.\n\n\nFazit\n\nMit erfreulich geringem materiellen und Kostenaufwand konnte innerhalb sehr kurzer Zeit in stetiger R\u00fcckkopplung zwischen wissenschaftlicher Datenakquise und technischer Weiterentwicklung eine robuste, vielseitig einsetzbare autonome aquatische Plattform entwickelt und kontinuierlich getestet werden. Diese Plattform wird in wiederum modifizierter Form inzwischen bereits in Projekten in Deutschland (mit BGR, LTV Sachsen und LMBV) eingesetzt. Die dabei eingesetzten Nutzlasten sind neben dem Kammersystem ein Sonar zur autonomen, hochaufl\u00f6senden dreidimensionalen Gew\u00e4sserbeckenvermessung sowie ein System zur automatischen Erfassung hydrographischer Profile; aktuell bis zu einer Wassertiefe von 50 Metern. Das w\u00e4re ohne das DBU-Projekt nicht m\u00f6glich gewesen.\n\nEbenso undenkbar w\u00e4ren n\u00e4chtliche Messungen auf innertropischen Seen im Amazonasgebiet gewesen, weil n\u00e4chtliche Arbeiten f\u00fcr Menschen zu riskant und damit nicht verantwortbar sind. Eine robotische L\u00f6sung ist hier \u0096 wie bei zahlreichen weiteren Anwendungen \u0096 die ideale Konstellation.\n\nSchlie\u00dflich gelang es, die Plattformentwicklung bis zur Praxisreife zu bringen und neue, tats\u00e4chlich reproduzierbare Daten aus Trocken- und Regenzeiten der inneren feuchten Tropen zum Treibhausgasaustausch ebenso wie zu wasserchemischen und physikalischen Parametern zu gewissen \u0096 ein sp\u00fcrbarer Erkenntnisfortschritt, der aktuell publiziert wird (Matschullat et al. 2024; Zug et al. 2024). Wir danken der Deutschen Bundesstiftung Umwelt f\u00fcr diese wunderbare M\u00f6glichkeit, unsere Ideen entwickeln und erfolgreich testen zu k\u00f6nnen.\n\nHat sich die Vorgehensweise bew\u00e4hrt? \nEindeutig ja. Gerade bei Arbeiten au\u00dferhalb des eigenen Landes ist es wesentlich, sich sowohl sprachlich als auch kulturell auf die anderen Randbedingungen einstellen zu k\u00f6nnen \u0096 und eine Vertrauensbasis aufzubauen, die tr\u00e4gt. Das ist hier vollumf\u00e4nglich gegeben. Unabh\u00e4ngig vom formalen Projektende ist eine \u00c4nderung der Zielsetzung nicht notwendig. W\u00fcnschenswert w\u00e4ren allerdings eine gro\u00dfz\u00fcgigere Finanzierung ebenso wie Versteigung von Umweltmonitoring auch jenseits von Gro\u00dfprojekten\nwie dem ATTO (MPI-BGC) oder der herausragenden Fernerkundung Brasiliens \u00fcber die INPA. Hier klafft eine schmerzliche L\u00fccke. Mit erheblich viel geringeren Mitteln als in Deutschland lie\u00dfen sich in Brasilien leistungsf\u00e4hige Strukturen aufbauen und erhalten. Das ist keine Aufgabe f\u00fcr die DBU, sondern eine Anregung f\u00fcr das Ausw\u00e4rtige Amt.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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