Küstenökosysteme wie das Wattenmeer stehen im Zentrum biogeochemischer Untersuchungen zu globalen Treibhausgasbilanzen. Ungeklärt bleibt bisher, in welchem Ausmaß Wattflächen, Sedimente, submarine Grundwasseraustritte und terrestrische Zuflüsse als Quellen von Kohlendioxid, Methan und Lachgas fungieren. Während im Sediment und in der Wassersäule kontinuierlich organischer Kohlenstoff umgesetzt wird, fehlen zur Quantifizierung dieser Stoffströme bislang systematische Messdaten.
Methodik und Versuchsaufbau der Messkampagne
Zur Erfassung der Gasaustauschprozesse an der Schnittstelle von Land, Wasser und Atmosphäre führt ein interdisziplinärer Forschungsverbund eine Messkampagne in der Meldorfer Bucht durch. Der Beprobungsabschnitt erstreckt sich vom Meldorfer Siel entlang der Fahrrinne von Büsum bis zur offenen Küste. Die analytische Datenerfassung erfolgt simultan über zwei Forschungsschiffe – die MYA II und die LUDWIG PRANDTL – sowie einen energieautarken Messponton.
„Die Küste ist die Nahtstelle zwischen Land und Ozean: Hier werden Kohlenstoffverbindungen in kurzer Zeit umgewandelt, transportiert und mit den Gezeiten wieder freigesetzt“, sagt Dr. Ingeborg Bussmann. „Uns interessiert insbesondere, wo Methan entsteht und wie viel davon tatsächlich in die Atmosphäre gelangt.“
Einbindung in das Verbundprojekt ElbeXtreme
Die Untersuchungen bilden ein Modul des Verbundprojekts ElbeXtreme innerhalb der Forschungsmission der Deutschen Allianz Meeresforschung. Die gewonnenen Primärdaten dienen der Parametrisierung numerischer Modelle und der Entwicklung eines Informations- und Entscheidungshilfesystems zur Resilienzbewertung mariner Ökosysteme.
„Mit der Wattenmeer‑Kampagne schließen wir eine zentrale Wissenslücke. Wie stark tragen trockenfallende Wattflächen in Extremjahren wie 2026 zu CO2‑, Methan‑ und Lachgasflüssen bei? Indem wir Wasser, Sediment und Atmosphäre gleichzeitig erfassen, schaffen wir die Datengrundlage für realistische Modelle und belastbare Entscheidungen zum Schutz und Management unserer Küstenregionen“, sagt Prof. Dr. Eric Achterberg.
Herkunftsanalyse und Quellidentifikation von Methan
Auffällige Methankonzentrationen (CH4) im Küstenbereich erfordern eine Differenzierung der Bildungs- und Transportpfade. Als Bildungsmechanismus kommt vorrangig der mikrobielle Abbau organischer Substanz unter anoxischen Bedingungen im Sediment infrage. Neben dem fluvialen Eintrag über Siele stellt auch die Porenwasserdiffusion in Kombination mit submarine Grundwasseraustritten einen potenziellen Pfad dar. Zur Selektion dieser Eintragswege wird das radioaktive Edelgas Radon (222Rn) als Umwelt-Tracer zur Quantifizierung des Grundwassereintrags analysiert. Ergänzend erfolgen Analysen des Porenwassers in der Sedimentmatrix.
Multiparametrische Analytik und Gasflussmessungen
Das Analysenspektrum umfasst neben CH4 auch Kohlendioxid (CO2) und Lachgas (N2O). An den marinen Messstationen werden physikochemische Parameter wie Temperatur, Salinität und Trübung physikalisch erfasst sowie Proben zur Bestimmung von Nährstoffen und Kohlenstoffspezies entnommen. Auf den sedimentären Wattflächen messen die Teams direkt die diffusiven Gasflüsse an der Grenzfläche Sediment/Atmosphäre. Analysen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der Gasphase komplettieren die Massenbilanzierung.
Einfluss thermischer Extremereignisse und Datenbasis
Ein Schwerpunkt liegt auf der Evaluierung der thermischen Effekte des Sommers 2026 auf die biologische Aktivität und die damit verbundenen Remineralisierungsraten. Das erhöhte Angebot an organischer Substanz könnte zu verstärkten Treibhausgasemissionsraten führen. Da für diese Region bisher keine hochauflösenden Vergleichsdaten vorliegen, dienen die Ergebnisse der Erstinventarisierung der relevanten Transportwege und Quellstärken.
Beteiligte Institutionen und Kooperationspartner
Das Konsortium setzt sich aus sechs Forschungseinrichtungen zusammen: AWI, Helmholtz-Zentrum Hereon, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Universität Hamburg und GEOMAR. Die Feldarbeiten erfolgen in Kooperation mit der Nationalparkverwaltung Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer, dem Kreis Dithmarschen, den Schutzgebietsbetreuenden des Speicherkoogs Dithmarschen, der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes sowie dem Forschungszentrum Büsum.