
Aquatische Ökosysteme sind von Natur aus komplex. In ihnen laufen beständig miteinander vernetze, oft nicht lineare Prozesse auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen ab. Zu nicht linearen Reaktionen kann es beispielsweise durch Störungen kommen, die einen sogenannten Regimewechsel auslösen, etwa langanhaltende Trockenheit. Wichtige Bestimmungsfaktoren komplexer aquatischer Ökosysteme sind die Landschaftsstruktur, in der sich die Gewässer befinden, und die Konnektivität, also die Verbindung der Gewässer untereinander auf verschiedenen Ebenen.
Im Programmbereich „Dimensionen der Komplexität aquatischer Systeme“ analysieren wir diese Netzwerke, um Dynamik und Verhalten aquatischer Ökosysteme und ihres terrestrischen Umfelds besser zu verstehen. Konkret geht es dabei um Flüsse von Wasser, Energie, Informationen, Nähr- und Schadstoffen sowie um den Beitrag externer Faktoren wie Landnutzung und Klimawandel. Wir nutzen Felduntersuchungen und Monitoring, Data Mining, Experimente und Modellierung. Das Langzeitmonitoring des IGB ist eine Schlüsselkomponente unseres Programmbereichs. Im Fokus unserer Forschung stehen die Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen terrestrischen und aquatischen Lebensräumen, zwischen Sediment und Wassersäule, zwischen Wasser und Luft sowie zwischen und innerhalb von Organismen.
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Ausgewählte Publikationen
Stepwise tracer-based hydrograph separation to quantify contributions of multiple sources of streamflow in a large glacierized catchment over the Tibetan Plateau
Die Autor*innen identifizierten Quellen u. Dynamiken des Oberflächenabflusses in einem Gletschergebiet des Tibetischen Plateaus anhand von isotopischen u. geochemischen Signaturen. Sie zeigen, dass die Einbeziehung hochauflösender Tracerdaten in eine Modellstruktur hilft, den Oberflächenabfluss aufzuschlüsseln u. Dynamiken der Grundwasserneubildung in Gletschergebieten zu identifizieren.
Consequences of the Aral Sea restoration for its present physical state: temperature, mixing, and oxygen regime
Der Aralsee ist ein Beispiel für großflächige Umweltzerstörung und ein Hoffnungszeichen durch seine teilweise Wiederherstellung. Die Feldstudien und Modellszenarien zeigen, dass der wiederhergestellte Teil des Aralsees bzgl. vertikaler Durchmischung und Sauerstoffversorgung gesund zu sein scheint. Kleine Veränderungen des Wasserspiegels oder der Transparenz könnten jedoch das Ökosystem verändern.
Urban Hydrological Connectivity and Response Patterns Across Timescales: An Integrated Time-Frequency Domain Analysis
Die Autoren untersuchten die Zusammenhänge zwischen Niederschlag, Grundwasser und Abfluss in der Wuhle in Berlin anhand von Autokorrelations-, Kreuzkorrelations- und Zeit-Frequenz-Analysen von Langzeitdaten. Trotz des starken Einflusses der städtischen Regenwasserkanalisation zeigten sie eine hohe Persistenz der Grundwassersignale.
Hydrological Connectivity Dominates NO3-N Cycling in Complex Landscapes – Insights From Integration of Isotopes and Water Quality Modeling
Die Autor*innen integrierten isotopenunterstützte N-Modellierung, um die (Nicht-)Verbindung von Fließwegen und damit verbundene biogeochemische Umwandlungen zu quantifizieren, was wichtig für die Land- und Wasserbewirtschaftung ist. Die hydrologische Konnektivität steuert die N-Umwandlungen, indem sie die Bodenfeuchte und den verfügbaren NO3-N für die Verarbeitung aus den Zuflüssen reguliert.
Understanding ecohydrology and biodiversity in aquatic nature-based solutions in urban streams and ponds through an integrative multi-tracer approach
Die Autor*innen verwendeten stabile Wasserisotope, Hydrochemie und eDNA in einem neuartigen, integrierten Tracer-Ansatz, um zu zeigen, wie ökohydrologische Interaktionen und Biodiversität in städtischen naturbasierten Lösungen durch städtische Wasserquellen und Konnektivität beeinflusst werden.