Vorhersage der Flussdynamik mithilfe stabiler Isotope zur Verbesserung der Ökosystemgesundheit

Ein internationales Wissenschaftsteam hat bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Flussdynamik erzielt. Die Ergebnisse nutzen isotopenhydrologische Techniken wie die Messung stabiler Isotope in Wassermolekülen, um den Beitrag verschiedener Wasserquellen zum Flussfluss aufzuklären und liefern wichtige Erkenntnisse für das Ökosystemmanagement und die hydrologische Risikobewertung.

Diese neueste Forschung ist veröffentlicht In Naturwasser und ist eine Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des Deutschen Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) mit der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEA), der Bundesanstalt für Gewässerkunde in Deutschland und der Universität Stellenbosch in Südafrika.

Das internationale Wissenschaftsteam analysierte die stabilen Isotope von Sauerstoff und Wasserstoff in Wassermolekülen aus 136 mehrjährigen Flüssen und 45 großen Einzugsgebieten weltweit. Dr. David Soto, Wissenschaftler und Isotopenspezialist am Leibniz-IZW, unterstützte bei der Modellierung von Niederschlagsisotopendaten und deren Validierung für die Berechnung des dynamischen Wasserrückhalteindikators, der für die Darstellung der Fließdynamik von Flüssen unerlässlich ist. Unter Wasserretention versteht man die Speicherung, Speicherung und Verteilung von Niederschlägen.

Eine hohe dynamische Wasserretention weist auf eine langsame Wasserbewegung durch Einzugsgebiete hin, was auf eine langsamere Reaktion auf hydroklimatische Ereignisse schließen lässt. Im Gegensatz dazu bedeutet eine geringe dynamische Wasserretention eine schnelle Wasserbewegung und eine viel schnellere Reaktion auf solche Ereignisse. Das Team identifizierte Schlüsselfaktoren, die die dynamische Wasserretention beeinflussen, darunter Landnutzungsänderungen (z. B. Ernte- und Waldbedeckung) und Klimaveränderungen (z. B. Lufttemperatur und Niederschlag). Diese Faktoren haben erheblichen Einfluss darauf, wie sich Wasser durch Flusseinzugsgebiete bewegt, und beeinflussen das „Alter“ des Wassers in Flüssen und ihre Gesamtdynamik.

„Durch die Verwendung von Modellen zur Vorhersage von Niederschlagsisotopendaten konnten wir den dynamischen Wasserretentionsindikator genau berechnen, ein entscheidendes Instrument zum Verständnis der Flussdynamik“, sagt Soto. „Unsere Validierung dieser Modelle stellt ihre Zuverlässigkeit sicher und liefert wertvolle Erkenntnisse darüber, wie sich Klimawandel und Landnutzungsmuster auf Flusssysteme auswirken. Die Überwachung stabiler Isotope in natürlichen Wassersystemen ist für die Vorhersage und Minderung hydrologischer Risiken von entscheidender Bedeutung, um die Bewirtschaftung unserer natürlichen Ressourcen zu verbessern.“ „

Flüsse sind für die Unterstützung verschiedener Ökosystemdienstleistungen von entscheidender Bedeutung. Sie fördern die Tier- und Pflanzengemeinschaften in den Flüssen, versorgen die Meeresumwelt mit lebenswichtigen Nährstoffen, stellen Transportwege für den Handel bereit, erzeugen Wasserkraft und bieten Freizeitmöglichkeiten. Auch in Trockenperioden fließen Flüsse oft weiter, da sie aus mehreren Quellen stammen, darunter direkte Niederschläge, Oberflächenabfluss, Zwischenabfluss durch den Boden und Grundwasserabfluss.

Klimawandel und Landnutzungsänderungen verändern die Wasserbewegung durch Flusseinzugsgebiete erheblich und wirken sich auf das „Alter“ des Wassers in Flüssen aus. Dieses Phänomen ähnelt der Alterung von Flüssen und hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Leistungen der Flüsse. Beispielsweise störte der niedrige Pegel des Rheins im europäischen Sommer 2023 den Waren- und Dienstleistungsfluss, da konventionelle Schiffe nicht mehr fahren konnten, was die dringende Notwendigkeit verdeutlicht, diese Dynamik zu verstehen.

Einzugsgebiete mit geringer dynamischer Wasserretention sind anfälliger für hydrologische Extreme wie Dürren und Überschwemmungen. Daher dient die dynamische Wasserretention als entscheidender Indikator für die hydrologische Risikobewertung und hilft bei der Vorhersage und Abmilderung der Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsänderungen auf Flusssysteme.

Es ist von größter Bedeutung sicherzustellen, dass Flüsse weiterhin ihre wesentlichen Dienste für Ökosysteme und menschliche Gesellschaften gleichermaßen bereitstellen. Durch das Verständnis und die Überwachung der Wasserrückhaltung und der Strömungsdynamik wird es einfacher, sich an die Herausforderungen anzupassen und diese zu bewältigen, die ein sich änderndes Klima und sich verändernde Landnutzungsmuster mit sich bringen.