Überwachung von US-Bächen auf Auswirkungen der Landentwicklung und des Klimawandels

An einem der ersten milden Tage im Februar zogen Emily Bernhardt von Duke und ihr Bachökologieteam ihre Hüftwathosen an und wagten sich hinaus an die von Platanen gesäumten Ufer des New Hope Creek.

Der Bach schlängelt sich durch Teile von Chapel Hill und Durham, bevor er in den Jordan Lake mündet, die Haupttrinkwasserquelle für das Zentrum von North Carolina.

Bernhardt watete in den flachen Bach und tauchte einen Gassensor ins Wasser. Sie und Kollegen haben die Schwankungen von Sauerstoff und Kohlendioxid überwacht, die auftreten, wenn diese Gase von Algen, Insekten, Fischen und anderen Bachorganismen aufgenommen und abgegeben werden, während sie ihren Lebensaufgaben nachgehen: Photosynthese, Wachstum, Verdauung, Zersetzung.

„Dieses ‚Einatmen und Ausatmen‘ aller in einem Fluss lebenden Organismen ist so etwas wie der Pulsschlag eines Baches“, sagte Bernhardt. „Es ist ein grundlegendes Maß für die Energie, die in das System ein- und ausgeht.“

Traditionell stützten sich solche Studien auf Messungen einer kleinen Anzahl von Strömen, die über einige Stunden oder Tage hinweg durchgeführt wurden – im Wesentlichen eine Momentaufnahme. Die Schwierigkeit besteht darin, dass Unregelmäßigkeiten und Umwälzungen die Normen für Streams sind, sagte der ehemalige Duke-Postdoc Phil Savoy.

Der Stromfluss kann sich von Tag zu Tag und sogar von Minute zu Minute mit Jahreszeiten und Stürmen ändern. Die im Fluss lebenden Organismen müssen mit Strömungen fertig werden, die von einem Rinnsal bis zu einem Sturzbach reichen.

„An jedem beliebigen Tag können Sie zu Ihrem örtlichen Bach hinuntergehen, und es kann trocken sein oder die Ufer überfluten“, sagte Savoy.

Dank moderner Sensortechnologie können Wissenschaftler jetzt die Vitalfunktionen des Stroms 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, über Wochen und Monate automatisch verfolgen. Die Daten werden auf a hochgeladen öffentliches Webportal wo jeder es visualisieren oder herunterladen kann.

„Es ist, als würde man sich beim Arzt einmal den Puls messen lassen, anstatt einen Fitbit zu tragen“, sagte Bernhardt.

In einem Artikel, der am 14. Februar in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of SciencesBernhardt, Savoy und Kollegen von neun anderen Institutionen analysierten die Daten von mindestens einem Jahr aus 222 Flüssen in den Vereinigten Staaten: Sie schlängelten sich durch die Wüsten von Arizona, strömten durch die Regenwälder von Puerto Rico und schlängelten sich durch Ackerland im Mittleren Westen.

Sensoren zeichneten Tag und Nacht alle fünf Minuten gelösten Sauerstoff, Kohlendioxid, Licht und andere Daten auf, durch wechselnde Jahreszeiten, Überschwemmungen und Dürren hindurch. Die Hoffnung ist, dass die kontinuierliche Verfolgung sie dem Verständnis des „Pulses“ von Flüssen näher bringt und wie sich ihre Fähigkeit, Leben zu erhalten, mit der Landentwicklung und dem Klimawandel ändern könnte.

Bernhardt kehrte zum Rest ihres Labors stromaufwärts zurück, wo sie Eintagsfliegen und andere Käfer sammelten. Dort zog sie eine Handvoll heruntergefallene Blätter und einen Stein hoch, der mit einer grünbraunen Schmiere namens Periphyton bedeckt war – einer Mischung aus Algen und Mikroben, die sich an Felsen und Zweigen im Flussbett festklammert.

„Das ist die Basis des Nahrungsnetzes“, sagte Bernhardt. „Viele Käfer leben davon.“

Periphyton fängt Energie von der Sonne ein und nutzt sie zum Wachsen. Insekten, Schnecken und Muscheln ernähren sich von den Periphyton-Algen, und Fische jagen und verzehren die Insekten.

Was mit dem Leben im Fluss passiert, wird wahrscheinlich davon abhängen, wie menschliche Aktivitäten die Menge an Sonnenlicht, die das Wasser erreicht, und die Stabilität des Flusses verändern, berichten die Studienautoren.

Am New Hope Creek spenden belaubte Platanen, Buchen und Amberbäume den größten Teil des Jahres Schatten an den Rändern und bilden einen Baldachin, der das Licht begrenzt, das die schmaleren Abschnitte des Baches erreichen kann.

Durch den Klimawandel verursachte Niederschlagsverschiebungen – intensive Dürren oder Sturzfluten – können die Algen und andere Organismen, die die Grundlage des Nahrungsnetzes bilden, austrocknen oder wegsprengen, sagte Bernhardt.

An diesem Tag sorgte das von der Sonne gesprenkelte Wasser, das über Felsen und Riffe plätscherte, für eine friedliche Szene. „Aber vor drei Wochen hat es gewütet“, sagte Bernhart.