Der Fluss im Labor

Forschungsplattform MOBICOS verheiratet Labor- und Freilandexperimente

Die Elbe fließt durch Magdeburg und auch durch den MOBICOS Forschungscontainer: Mit einer Tauchpumpe in das mobile Gewässerlabor befördert, im Absetzbecken von seiner Sandfracht befreit, wird Elbewasser in Versuchsbecken wie Fließrinnen, Planktontürme oder Sedimentkompartimente geleitet – kontinuierlich und frisch.  Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) untersuchen damit Artengemeinschaften und Stoffflüsse unter naturnahen Bedingungen. Auch lassen sich in Experimenten gezielt Parameter verändern, um deren Einflüsse auf Ökosystemprozesse zu erforschen. Die Labore sind Teil des TERENO-Netzwerkes zur Erdbeobachtung und wurden mit rund 3,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie von den Ländern Sachsen-Anhalt und Sachsen finanziert. Insgesamt betreibt das UFZ in Sachsen-Anhalt an acht Standorten diese mobilen Mesokosmosanlagen. Sie stehen an natürlichen, mäßig beeinträchtigten sowie stark überprägten Fließgewässern.

Mit dem Ziel, die Gewässerqualität zu verbessern, untersuchen die Wissenschaftler in den transportablen Spezialcontainern unter anderem, wie die sensiblen Ökosysteme auf veränderte Wassertemperaturen oder Lichtintensitäten, auf Stressoren wie Pestizide und Mikroschadstoffe sowie auf erhöhte Nährstoffeinträge reagieren. An den Talsperren ist für die Trinkwasserversorgung vor allem die bedenkliche Zunahme von Huminstoffen relevant, das sind Abbauprodukte abgestorbener Pflanzen, die über Niederschlags- und Grundwasser in die Gewässer gelangen und erhebliche Kosten bei der Trinkwasseraufbereitung verursachen.

Um die Wasserqualität der Elbe zu verbessern und das empfindliche Ökosystem einige Schritte weiter in Richtung Gleichgewicht zu bringen, richten die Wissenschaftler am Standort Magdeburg ihre Forschungen vor allem auf die Eutrophierung – das überproportionale Algenwachstum. „Während die Chlorophyllwerte im Rhein bei Köln selten über 50 Mikrogramm (µg) pro Liter liegen, werden in der Elbe während der Algenblüte bis zu 350 Mikrogramm pro Liter gemessen“, sagt der Biologe Dr. Helge Norf. Die Vorgaben der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) werden damit um ein Vielfaches überschritten.

Ein zu hohes Algenwachstum hat im Wechselspiel von Photosynthese und Atmung extreme Tag-und-Nacht-Schwankungen der Sauerstoffgehalte im Wasser zur Folge. Während am Tage zu hohe Sauerstoffkonzentrationen auf bestimmte Organismen toxisch wirken und zum Beispiel die Kiemen von Fischen angreifen können, kann auch ein nächtlicher Absturz der Sauerstoffgehalte im Wasser viele Organismen gefährden. Nach der Algenblüte wiederum erfolgt ein sauerstoffzehrender Abbau der abgestorbenen Algen durch Bakterien. „Aus diesen Gründen ist es für das Ökosystem wichtig, die Eutrophierung von Fließgewässern zu minimieren“, betont Dr. Helge Norf. Im Forschungscontainer werden unter anderem die Auswirkungen von Strömung, Lichtintensität und Temperaturen, von Pestiziden und Nährstoffen  auf die Algenvermehrung im Freiwasser und auf Oberflächen, sogenannte Biofilme, beobachtet und in Experimenten getestet.

Ein wichtiger Faktor ist der Nährstoffeintrag insbesondere durch die Düngung langwirtschaftlicher Flächen. Zwar habe es sich positiv ausgewirkt, dass zu Gewässern Abstände eingehalten werden müssen, sagt Norf, doch auch durch Versickerung strömt nährstoffreiches Wasser in den Fluss. MOBICOS-Experimente haben gezeigt, dass insbesondere das gleichzeitig erhöhte Vorkommen von Nitrat und Phosphat im Wasser das Biofilmwachstum massiv stimulieren kann.

Gegensteuern können Konsumenten und Weidegänger - Gewässerorganismen, die sich von Plankton und vom Biofilm ernähren. Eine enorme Filterleistung erfüllt im Rhein die 3,5 bis 4 Zentimeter große, aus Asien eingewanderte, Körbchenmuschel (Corbicula fluminea). Ein Quadratmeter Flussboden, der dicht von diesen Muscheln besiedelt ist, kann hunderte Liter Wasser pro Stunde partikelfrei reinigen. Auch in der Elbe kommt die Muschel vor. Allerdings haben winterliche Wassertemperaturstürze in der Elbe, im Gegensatz zum um einige Grad Celsius wärmeren Rhein, immer wieder ein Massensterben dieser Muschelart zur Folge. In einem neuen Projekt wollen die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung deshalb untersuchen, unter welchen Bedingungen sich einheimische Großmuscheln, die noch in den Seitenarmen der Elbe vorkommen, nicht aber im Hauptstrom, wieder erfolgreich im Fluss etablieren können. 

Autorin: Bettina Koch
Bildunterschrift: Im MOBICOS-Container an der Elbe in Magdeburg untersuchen Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) Auswirkungen des Klima- und Landnutzungswandels auf das Fließgewässer. Der Biologe Dr. Helge Norf kontrolliert das Wachstum der Biofilme in den Fließrinnen des mobilen Labors. Foto: André Künzelmann, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)