Methanemissionen aus staugeregelten Fließgewässern: Von Messungen zu Modellen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Lorke
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 179857136

Binnengewässer transportieren und transformieren große Mengen von Kohlenstoff und tragen ~18% zu den weltweiten Methanemissionen bei. Jüngste Schätzungen weisen darauf hin, dass Stauseen einem signifikanten Beitrag zu diesen Emissionen leisten, wobei tatsächliche Methan-Emissionsraten vor allem für große Stauseen in den Tropen und in der borealen Zone bestimmt wurden. In einer Referenzstudie an sechs Staustufen entlang des Flusses Saar in Mitteleuropa konnten wir zeigen, dass auch kleinere Stauseen, die bisher nicht in globalen Bilanzen berücksichtigt sind, eine erhebliche und unerwartet starke Quelle für atmosphärisches Methan sein können. Die räumliche und zeitliche Dynamik der Emissionen wird hier hauptsächlich durch die räumliche Verteilung der Sedimentablagerung und durch zeitliche Variationen der hydrodynamischen Bedingungen bestimmt. Beide sind im Rahmen von Flussmanagement und Schifffahrt zu einem großen Teil anthropogen beeinflusst. Mit diesem Fortsetzungsantrag zielen auf die Beantwortung von Forschungsfragen ab, die sich direkt aus unseren bisherigen Ergebnissen ableiten. Diese betreffen sowohl die Einflüsse unterschiedlicher Umweltbedingungen auf Methanemissionen aus Stauhaltungen, als auch die großskalige Bedeutung der Ergebnisse von der Saar. Insbesondere werden wir diejenigen Prozesse genauer untersuchen, welche die Bildung von Gasblasen in Flusssedimenten sowie deren Verbleib kontrollieren. Dafür entwickeln wir ein mechanistisches Modell welches die Gasphasendynamik von Methan und anderen Gasen im Sediment und in der darüber liegenden Wassersäule beschreibt. Das Modell wird mit umfangreichen Feldmessungen aus unterschiedlichsten Stauhaltungen validiert und verifiziert. Basierend auf den in der ersten Projektphase entwickelten Methoden werden wir im Flussgebiet des Rheins Emissionsraten und deren räumlichen und zeitlichen Variationen abschätzen. In Kombination mit bestehenden Datensätzen, insbesondere zur räumlichen Verteilung von Feinsedimenten im Rhein und seinen Zuflüssen, nutzen wir das Modell um großskalige Emissionsraten, sowie deren Abhängigkeit von Temperatur und Sedimentmanagement-Maßnahmen abzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Helmut Fischer; Professor Dr. Daniel Frank McGinnis, Ph.D.