Windbeschleunigter Regen als neue Herausforderung in der Bodenerosionsforschung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bodenerosion durch Wind und Wasser zerstört fruchtbare Bodensubstanz, verursacht große ökologische und sozio-ökonomische Schäden und ist von großer Bedeutung bezüglich des Schutzes von Ökosystemdienstleistungen und Nahrungsmittelsicherheit. Die Quantifizierung der weltweiten Bodenerosion durch Wind und Wasser befindet sich immer noch auf einem hochspekulativen Niveau und wird weitestgehend verhindert durch fehlende Messungen und Daten, so dass auch Modellierungen nur Ergebnisse mit hohen Unsicherheiten erzeugen können. Obwohl Starkregenereignisse häufig von Wind begleitet sind, wurden die Auswirkungen von Wind auf die hydrologischen Prozesse und Prozesse der Ablösung und des Transportes von Oberbodenmaterial aus den einschlägigen Erosionsstudien ausgeschlossen. Zu den Gründen zählen eine teilweise strikte Trennung von bestimmten “Erosionszonen” in den Wind- oder Wassererosion vorherrscht, sowie eine generelle Unterschätzung der gegenseitigen Beeinflussung. Ein grundlegendes Prozessverständnis jedoch ist die Grundlage jeder zuverlässigen Studie zu Ausmaß und Schutzstrategien. Innerhalb dieses Projektes konnte windbeeinflusster Regen als ein Faktor dieser Unsicherheiten herausgestellt werden. Die Auswirkungen von Wind auf die Prozesse der Erosion durch Regentropfen und flächenhaften Abfluss wurden mithilfe eine empirisch-experimentellen Ansatzes erforscht. Die Feldtests zeigten überwiegend eine Erosionssteigerung durch den Windeinfluss im Vergleich zu windlosen Beregnungen, jedoch sind nicht alle Ergebnisse eindeutig und weisen damit auf den wichtigen Einfluss der Bodenoberfläche hin und unterstreichen die Notwendigkeit, natürliche Flächen in die Analysen mit einzubeziehen. Ein hochspezialisierter und abstrahierter Laboraufbau wurde entwickelt, um den Effekt von Wind auf den Transport von Substratpartikeln durch Regentropfen mit und ohne Windeinfluss zu quantifizieren. Die Messungen beinhalteten die Erosionsagenzien Wind, Regen und Windbeeinflussten Regen, drei Neigungen, drei Rauheiten und zwei Substrate. Die Ergebnisse zeigen sehr deutlich einen durch windbeeinflussten Regen erzeugten Anstieg der Erosion um bis zu zwei Größenordnungen, und zwar sowohl die Distanz als auch die Menge betreffend. Mithilfe dieses umfangreichen Ansatzes konnte windbeeinflusster Regen als Schlüsselfaktor für die Erfassung globaler Bodenerosionsraten und Konnektivitätsanalysen identifiziert werden. Die gesamten Ergebnisse dieser Forschungsreihe wurden in einen Zusammenhang von hohem wissenschaftlichem und gesellschaftlichem Interesse gestellt, indem sie zusammengeführt, abgeglichen und statistisch analysiert wurden. Eine vorsichtige Projektion auf die Landschaftsebene gibt dabei Einblicke in mögliche regionale Auswirkungen von windbeeinflusstem Regen und auf Risikoanalysen auch bezüglich hydrologischer Fragestellungen insbesondere im Zusammenhang mit einer klimawandelbedingten Erhöhung von Starkregenereignissen. Auf Grundlage der Freilandtests wurde eine Erhöhung der Erosionsmengen um den Faktor 1,3-7,1 gemessen, der Oberflächenabfluss erhöhte sich um den Faktor 1,04-1,5. Die Auswirkungen auf Oberflächenabfluss- und Sedimentgenerierung können somit als besorgniserregend eingeschätzt werden. Windbeeinflusster Regen muss somit als grundlegender Faktor für die adäquate Erfassung von Gefahrenpotenzialen angesehen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2014): Experimentelle Erfassung von Bodenerosion durch wind-driven rain: eine Studie auf landwirtschaftlichen Nutzflächen in Nordspanien. Jahrestagung des Deutschen Arbeitskreis für Geomorphologie, 02.10.-04.10.2014, Kiel
Marzen, M. & Iserloh, T. & Fister, W. & Brings, C. & Seeger, M. & Ries, J.B.
- (2014): The relevance of wind-driven rain for future soil erosion research. Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-12859. European Geosciences Union General Assembly, 27.04.-02.05.2014, Vienna, Austria
Fister, W. & Marzen, M. & Iserloh, T. & Seeger, M. & Heckrath, G. & Greenwood, P. & Kuhn, N.J. & Ries, J.B.
- (2015): Particle transport patterns of short-distance soil erosion by wind-driven rain, rain and wind. Geophysical Research Abstracts, Vol. 17, EGU2015-6075. European Geosciences Union General Assembly, 12.04.-17.04.2015, Vienna, Austria
Marzen, M. & Iserloh, T. & de Lima, J.L.M.P. & Ries, J.B.
- (2015): Quantification of particle detachment by rain splash and wind-driven rain splash. Catena 127, 135-141
Marzen, M. & Iserloh, T. & Casper, M.C. & Ries, J.B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.12.023) - (2015): Theoretische und praktische Aspekte der modernen experimentellen Geomorphologie am Beispiel „Regentropfenerosion“: von der Entwicklung der Fragestellung bis zur Interpretation der Ergebnisse. Deutscher Kongress für Geographie, Session " DI-FS-19: Beobachten, forschen, abstrahieren – und zurück: Geomorphologisches Experimentieren in Schule und Hochschule ", 01.- 06.10.2015, Berlin, Germany
Marzen, M. & Iserloh, T. & Ries, J.B.
- (2016): The effect of rain, winddriven rain and wind on particle transport under controlled laboratory conditions. Catena 145, 47-55
Marzen, M. & Iserloh, T. & De Lima, J.L.M.P. & Ries, J.B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.05.018) - (2016): Wichtige Faktoren der Erosion durch Tropfenschlag (Splash) mit und ohne Windeinfluss. Annual Conference of Deutscher Arbeitskreis für Geomorphologie, 06.-07.10.2016, Jena, Germany
Marzen, M. & Iserloh, T. & de Lima, J.L.M.P. & Ries, J.B.
- (2017): Experimentelle Bewertung von Bodenerosion durch windbeeinflussten Regen. Deutscher Kongress für Geographie, Session " LT3-FS3: Bodenerosion – vom Prozess zur nachhaltigen Landnutzung ", 30.09.-05.10.2015, Tübingen, Germany
Marzen, M. & Iserloh, T. & De Lima, J.L.M.P. Fister, W.
- (2017): Impact of severe rain storms on soil erosion: experimental evaluation of wind-driven rain and its implications for natural hazard management. Science of the Total Environment 590-591, 502-513
Marzen, M. & Iserloh, T. & De Lima, J.L.M.P., Fister, W. & Ries, J.B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.02.190) - (2017): Wind-driven rain and its implications for natural hazard management. Geophysical Research Abstracts, Vol. 19, EGU2017-9526. European Geosciences Union General Assembly, 23.04.-28.04.2017, Vienna, Austria
Marzen, M. & Iserloh, T. & De Lima, J.L.M.P. & Fister, W. & Ries, J.B.
