Mission Impossible? Das europäische Wasserpuzzle
Im Aufbau: eine innovative Forschungsinfrastruktur für modernste Untersuchungen von Flüssen und angrenzenden Küstenmeeren
Flüsse, Ästuare, Flussdeltas und Küstenmeere verbinden mehr als drei Viertel der Landoberfläche der Erde mit den Ozeanen. Der Großteil der Weltbevölkerung lebt in der Nähe des Wassers – viele Metropolen der Welt sind entlang der Küsten gebaut. Flüsse und Meere sind untrennbar miteinander verbunden; Wasser, Sedimente, Organismen, Nährstoffe und auch künstliche Substanzen wie Schadstoffe werden von einem System ins andere transportiert. Das, was im oberen Teil eines Flusses passiert, wirkt sich stets auf seinen weiteren Verlauf und auf das Meer aus, in das er mündet.
Aus diesem Grund wollen Wissenschaftler in einem europaweiten Projekt Flüsse und Meere nicht mehr unabhängig voneinander untersuchen, sondern als Ganzes betrachten. Das Forschungsinfrastrukturprojekt trägt den Namen DANUBIUS Research Infrastructure (RI), in Anlehnung an den lateinischen Namen Danuvius für die Donau, an der die Projektidee entstand. Dr. Jana Friedrich, Wissenschaftlerin in der Abteilung Aquatische Nährstoffkreisläufe am Hereon-Institut für Küstenforschung, ist seit den Anfängen des Projekts mit dabei. Wir haben uns mit ihr und Dr. Adrian Stanica, Koordinator von DANUBIUS-RI, für ein Interview in Hamburg getroffen.
Foto: Hereon/ Christian Schmid
Frau Friedrich, vor welchen Herausforderungen stehen wir bei den Fluss-Meer-Systemen?
Jana Friedrich: Der Klimawandel sowie die Industrialisierung und Urbanisierung, die Energiegewinnung, Schifffahrt, Landwirtschaft und Fischerei sind Ursachen vieler Probleme, die sich auf Fluss-Meer-Systeme auswirken. So beeinträchtigen etwa Dämme zur Wasserkrafterzeugung und Trinkwasserspeicher den natürlichen Fluss des Wassers, aber auch die Sedimente. Staudämme beispielsweise halten Sedimente zurück, die dann flussabwärts fehlen, was zum Beispiel zu einem Schrumpfen der Flussdeltas und zu Küstenerosion führt. Die Dämme unterbrechen die Verbindungen innerhalb des Fluss-Meer-Systems und erschweren auf diese Weise auch die Fischmigration. Ein weiteres Problem stellen die immer häufiger und in immer größerem Ausmaß stattfindenden Extremereignisse wie Überflutungen, Sturmfluten und Dürren infolge des Klimawandels dar. Die größte Herausforderung besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen der Nutzung durch uns Menschen und dem Schutz der Fluss-Meer-Systeme zu erreichen.
Wie ist die Idee für DANUBIUS-RI entstanden?
Adrian Stanica: Der Gründer des GeoEcoMar, des Forschungsinstituts in Rumänien, das ich heute leite, kam auf die Idee, das Donaudelta in ein Living Lab, also eine Art natürliches Labor, zu verwandeln. Das Donaudelta ist ein Biosphärenreservat und Weltnaturerbe, dessen Verwaltung jedoch komplex ist. Es ist klar, dass wir den Fluss, das Flussdelta und das Meer als ein gesamtes System behandeln müssen. Im Jahr 2010 erklärte Rumänien die Entwicklung eines Forschungszentrums, das sich mit dem Donaudelta beschäftigt, zu einer der obersten Prioritäten. Wir begannen daraufhin, mit nationalen und internationalen Partnern wie dem Hereon zusammenzuarbeiten. Im Jahre 2013 erlangte die Idee den Status eines Vorzeigeprojekts in der EU-Strategie.
Jana Friedrich: DANUBIUS-RI wurde 2016 auf die Roadmap des Europäischen Strategieforums für Forschungsinfrastrukturen (ESFRI) aufgenommen. Das kann man als europäisches Qualitätssiegel verstehen. Es bestätigt, dass Europa über die nächsten Jahrzehnte eine derartige Forschungsinfrastruktur braucht, die zum einen das notwendige Wissen für die nachhaltige Nutzung von Fluss-Meer-Systemen erarbeitet und zum anderen eine Spitzenposition in der Umweltforschung ermöglicht. Das ESFRI-Siegel ermöglicht uns Zugang zu Finanzierungsquellen, die sonst nicht verfügbar wären.
DANUBIUS-RI bringt nicht nur Geowissenschaftler, Biowissenschaftler, numerische Modellierer und Ingenieure zusammen, sondern auch Sozial- und Ökowissenschaftler. Warum sollten Forscher aus so unterschiedlichen Disziplinen Fluss-Meer-Systeme gemeinsam untersuchen?
Adrian Stanica: Wissenschaftler haben Flüsse und Meere meist separat erforscht. Deshalb fehlen uns wirklich gute Kenntnisse der Fluss-Meer-Systeme von der Quelle bis zum Ozean im Zusammenwirken von Natur und Gesellschaft. Denn was auch immer flussaufwärts geschieht, wirkt sich weiter flussabwärts aus. Man kann diese zwei Bereiche nicht getrennt voneinander betrachten. Substanzen, wie zum Beispiel Sedimente und Schadstoffe, werden bis ins Meer transportiert. Es ist wichtig zu wissen, wie Flüsse auf Küstenmeere einwirken. Bislang gibt es nur sehr wenige Forschungsgruppen weltweit, die Süßwasser, Übergangsgewässer und Küstenmeere zusammenhängend untersuchen.
An der Quelle und im Oberlauf ist das Wasser meist noch sauber und frei von Schadstoffen. Foto: Hereon/ Jana Friedrich
Was ist die Schwierigkeit daran, so viele unterschiedliche Wissenschaften zusammenzubringen?
Adrian Stanica: Aus meiner Sicht ist eine der größten Schwachstellen in unserer wissenschaftlichen Gemeinschaft, dass wir einander nicht zuhören. Manchmal verwenden wir alle das gleiche Wort, aber wir verstehen etwas unterschiedliches darunter. Daher ist Kommunikation, zu der auch das Zuhören gehört, vor allem in einem so interdisziplinären Projekt von enormer Bedeutung.
Was kann man sich unter einer Forschungsinfrastruktur vorstellen?
Adrian Stanica: Eine Forschungsinfrastruktur kann jede Form von Ausstattung oder Labor sein, die Forschenden das wissenschaftliche Arbeiten, wie zum Beispiel die Durchführung von Experimenten, ermöglicht. Wir bauen aktuell eine Forschungsinfrastruktur auf, die sich über verschiedene Länder Europas erstreckt. Sie ist wie ein großes Puzzle: Jedes der Länder verfügt zum Beispiel über Einrichtungen wie Labore, Messinstrumentierungen, Großcomputer, Rechenmodelle und Expertenwissen. Diese Komponenten werden benötigt, um Fluss-Meer-Systeme beobachten, analysieren, verstehen, simulieren und nachhaltig managen zu können. Manche dieser Bausteine existieren bereits, andere müssen noch entwickelt werden. Am Ende wollen wir alle Puzzleteile zu einem Ganzen zusammenfügen, welches von interessierten Forschern genutzt werden kann, um die unterschiedlichen Aspekte von Fluss-Meer-Systemen zu untersuchen. Wir möchten eine Infrastruktur schaffen, damit zukünftige Generationen besser zusammenarbeiten können.
Foto: Hereon/ CHristian Schmid
Sie haben zwölf sogenannte „Supersites“ festgelegt, das heißt Living-Lab-Standorte, in denen spezifische Fluss-Meer-Systeme untersucht werden. Frau Friedrich, Sie koordinieren die Elbe-Nordsee-Supersite am Hereon. Was ist das Besondere daran?
Jana Friedrich: Die Elbe-Nordsee-Supersite umfasst derzeit das den Gezeiten unterworfene Elbe-Ästuar, das von Geesthacht über Hamburg bis in die Deutsche Bucht reicht. Einerseits ist die Elbe die Lebensader der Region und versorgt die wirtschaftlich bedeutsame Metropolregion Hamburg. Andererseits ist die Elbe-Nordsee-Supersite ein so stark modifiziertes System, dass es sich als Forschungsgegenstand anbietet. So gibt es beispielsweise seit dem 13. Jahrhundert durchgehende Deichlinien an beiden Ufern des unteren Flusses. Darüber hinaus wurde die Elbe mehrfach vertieft, um großen Schiffen die Einfahrt in den Hamburger Hafen zu ermöglichen. Mehr als die Hälfte des Wassereinzugsgebiets wird landwirtschaftlich genutzt; in die Elbe gelangt eine hohe Menge an Nährstoffen, was das Algenwachstum fördert. Infolge all dieser menschlichen Eingriffe veränderten sich die Bedingungen im Fluss radikal, was im Sommer unter anderem zu einem niedrigen Sauerstoff gehalt und einer hohen Trübung im Hamburger Hafengebiet und flussabwärts führt.
Ich nehme an, dass es eine riesige Menge an Daten geben wird. Wie wird man diese Daten vergleichen können?
Adrian Stanica: Wir werden die sogenannten DANUBIUS Commons entwickeln und implementieren. Hierbei handelt es sich um einen einheitlichen Satz an Methoden und Werkzeugen, welcher die Erzeugung von gleichartigen Daten ermöglicht. Vergleichbare Daten zu erhalten ist eine der größten Herausforderungen der verschiedenen Fluss-Meer-Systeme weltweit.
Können die Ergebnisse aus europäischen Fluss-Meer-Systemen auf Systeme in anderen Regionen der Welt übertragen werden?
Adrian Stanica: Die Supersites sind spezifische Gebiete, in denen wir unsere Methoden und Werkzeuge entwickeln, testen und anwenden können, um besser zu verstehen, wie Fluss-Meer-Systeme funktionieren, welchen Veränderungen sie unterliegen und was getan werden kann, um ihren Zustand zu verbessern. Diese Methoden und Werkzeuge können auch auf andere Fluss-Meer-Systeme angewendet werden.
Es liegen drei Jahre Förderung der Vorbereitungsphase hinter Ihnen. Was haben Sie bisher erreicht?
Adrian Stanica: Ich denke, dass wir etwas weiter fortgeschritten sind, als ich bei Projektbeginn 2016 gehofft hatte. Wir haben zum Beispiel die Struktur von DANUBIUS-RI entwickelt und die Arbeit an den erwähnten DANUBIUS Commons begonnen. Das Hereon und die Universität Birmingham haben die Erarbeitung der Science and Innovation Agenda geleitet. Wir haben außerdem eine Satzung für eine Rechtsform vorbereitet, um ein „Konsortium für eine europäische Forschungsinfrastruktur“ (European Research Infrastructure Consortium; ERIC) beantragen zu können. Wir haben natürlich auch angefangen, die DANUBIUS-Gemeinschaft zusammenzubringen: Wissenschaftler, Interessenvertreter, Regierungsvertreter.
Jana Friedrich: Darüber hinaus hat das Hereon bereits Infrastrukturförderung für den Aufbau einer Forschungsplattform in Tesperhude an der Elbe beantragt, welche die erste Komponente der Elbe-Nordsee-Supersite darstellen wird. Wir sind sehr froh, dass die Landesregierung von Schleswig-Holstein die Wichtigkeit unseres Vorhabens anerkannt und den Antrag bewilligt hat. Wir werden unser Bestes geben, damit die Forschungsplattform 2021 in Betrieb genommen wird. Ein Puzzleteil wäre also dann bereits einsatzbereit.
Über das gesamte Fluss-Meer-System können beispielsweise Nährstoffe aus der Landwirtschaft oder Schadstoffe aus der Industrie bis ins Küstenmeer gelangen. Foto: Hereon/ Jana Friedrich
Welche Schritte folgen auf die Vorbereitungsphase?
Adrian Stanica:Auf europäischer Ebene werden wir Anfang 2020 die ERIC-Rechtsform beantragen und beginnen, die Forschungsinfrastruktur zu implementieren. Auf nationaler Ebene müssen wir die Puzzleteile beantragen, etablieren und verbinden. Manche Länder und Institutionen verfügen bereits teilweise über ihre Einrichtungen und Ausrüstungen, wie zum Beispiel unsere deutschen Kollegen am Hereon. Andere müssen ihre bestehende Einrichtung und Ausrüstung optimieren. Werden die benötigten Finanzmittel bereitgestellt, wird die Betriebsphase von DANUBIUS-RI circa 2024 starten. Uns erwartet also eine Aufwärmphase von etwa drei Jahren, auf die wir uns sehr freuen.
Herr Stanica, Sie sind bereits Leiter eines Forschungsinstituts in Rumänien. Sie sind darüber hinaus als Koordinator von DANUBIUS-RI tätig. Welche persönliche Motivation steckt dahinter?
Adrian Stanica: Es ist Teil meines Lebens geworden. Ich wurde 2010 gefragt, ob ich Interesse an DANUBIUS-RI hätte. Es klang nach einer Mission Impossible, also sagte ich „Lasst es uns tun“. Es war und ist immer noch eine sehr große Herausforderung, aber auch eine spannende, da wir Menschen zusammenbringen und nach Lösungen suchen. Es gefällt mir, mit all diesen großartigen Personen und Experten zu arbeiten, die DANUBIUS-RI unterstützen. Es fühlt sich an, als seien wir eine große Familie.
Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit für ein Gespräch genommen haben!
Das Interview führte Gesa Seidel (Hereon)
Erschienen in der in2science #9 (April2020)