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
Hydrological Processes in Lowlands and Plains
Tiefland- und Flachlandgebiete erbringen wichtige Ökosystemleistungen wie land- und forstwirtschaftliche Produktion, Grundwasseranreicherung und Trinkwasserversorgung. Diese Sonderausgabe bündelt wissenschaftliche Beiträge, die das Verständnis der Mechanismen fördern, die der Bewegung und Speicherung von Wasser in Tiefland- und Flachlandgebieten zugrunde liegen.
Knots in the Strings: Do Small-Scale River Features Shape Catchment-Scale Fluxes?
Die Autor*innen untersuchen, wie Fluss-„Knotenpunkte“ im Zusammenhang mit Verzweigungen, Zusammenflüssen und Hindernissen, die räumlich und zeitlich heterogene Abschnitte in einem Flussnetzwerk darstellen, Prozesse auf Abschnittsebene beeinflussen, darunter Strömungsdämpfung, verbesserte vertikale und laterale Konnektivität sowie erhöhte Rückhaltung und Aufnahme von gelösten Stoffen.
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.