Hyporheische Zone

Die Übergangszone zwischen Grundwasserleitern und Fließgewässern ist ein Schlüsselkompartiment unserer Hydrosphere. Auf Landschaftsebene kann die gesamte Flußaue als Grenzzone angesehen werden wohingegen auf kleineren Skalen nur das Flussbett, in dem sich Oberflächenwasser und Grundwasser mischen, als Grenzzone angesehen wird; diese Grenzzone heißt hyporheische Zone. Die hyporheische Zone ist von herausragender Bedeutung für die ökologischen Funktionen von Fließgewässern, ein natürlicher Bioreaktor maßgeblich verantwortlich für die enorme Selbstreinigungskraft von Fließgewässern und ein wichtiges Habitat für verschiedene aquatische Organismen.

Unser Forschungsschwerpunkt ist das Verständnis der hydrodynamischen und biogeochemischen Prozesse in dieser Zone sowie die Kopplung dieser Prozesse mit Geomorphologie, Mikrobiologie und Ökologie. Unser Methodenspektrum umfasst eine Vielzahl von innovativen, teilweise innerhalb der Arbeitsgruppe entwickelten Messtechniken, um die hydrodynamischen und biogeochemischen Prozesse mit hoher räumlicher Auflösung zu erfassen. Dazu gehören Heiz-Puls-Sensoren, Thermolanzen, die faseroptische Temperaturmessung, 2-dimensionale Porenwassersammler und Ultrafiltrationssammler. Mit der Temperatur als Tracer können wir Einblicke in Transportprozesse und Fließpfade sammeln, die die Grundlage für Untersuchungen der biogeochemischen Umsatzprozesse entlang von Fließpfaden darstellen.

Im Zentrum dieser biogeochemischen Untersuchungen stehen die wichtige Nährstoffe wie die verschiedenen Stickstoff-Spezies, Phosphat und Substanzen, die eng mit dem Umsatz von Stickstoff und Phosphat gekoppelt sind. Auf allen Skalen von Zentimetern bis mehreren Hundert Metern gibt es enorme Heterogenitäten von sowohl der hydrodynamischen als auch der biogeochemischen Bedingungen. Ein besonderer Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Frage, wie man mit dieser Heterogenität umgehen soll und wie man sie berücksichtigt, wenn man Ergebnisse von einer Skala auf eine andere Skala überträgt.

In Kooperation mit Wissenschaftlern von vielen anderen Institutionen haben wir das hyporheische Netzwerk www.hyporheisches-netzwerk.de gegründet. Ziel ist es, dass Verständnis der hyporheischen Zone durch intensiven wissenschaftlichen Austausch sowohl was Methoden als auch Fachwissen angeht zu fördern durch regelmäßige Workshops, eine webbasierte Plattform und die gemeinsame Arbeit an Schlüsselstandorten. Ebenfalls in Kooperation mit anderen Einrichtungen untersuchen wir Verhalten und Rückhalt von organischen Spurenschadstoffen, insbesondere Arzneimitteln, im Flussbett und den Aufstieg von salzhaltigem Tiefenwasser in Süßwasserstockwerke. Während der letzten Jahre haben wir neben Untersuchungen an deutschen Fließgewässern (Spree, Erpe, Schlaube) auch am Tern (UK) gearbeitet.