The Sound of Bubbles: Passive Hydroakustik zur Überwachung von Methanemissionen in flachen künstlichen Gewässern

• Antragsteller: Dr. Lorenzo Rovelli
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2023 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524348693

Aktuelle Revisionen des globalen Kohlenstoffkreislaufs deuten darauf hin, dass Binnengewässer zu fast der Hälfte der gesamten Methanemissionen (CH4) aus natürlichen und anthropogenen Quellen beitragen könnten. Im Vergleich zu Bächen, Flüssen und mittelgroßen bis großen Stauseen und Seen wurden CH4-Emissionen aus flachen Kleingewässern wie Teichen, künstlichen Kanälen und anderen vom Menschen geschaffenen Wasserinfrastrukturen bisher weitgehend übersehen, obwohl es immer mehr Belege für ihren Beitrag zu lokalen und großräumigen CH4-Emissionen gibt. Darüber hinaus ist wenig über die Rolle der CH4-Ebullition für die gesamten CH4-Emissionen in diesen Gewässern bekannt, was auch auf die Beschränkungen der entsprechenden Flussmessverfahren zurückzuführen ist. Das hier vorgestellte Projekt zielt darauf ab, zwei zentrale Wissenslücken im globalen Kohlenstoffkreislauf zu schließen, indem (1) die saisonale und jährliche Relevanz der gesamten (Diffusion + Ebullition) CH4-Emissionen aus flachen (<2 m) künstlichen Teichen (Auenteiche und Fischteiche) und Regenrückhaltebecken untersucht wird und (2) die CH4-Ebullitionsdynamik und ihre Triebkräfte charakterisiert und quantifiziert werden. Dies soll durch die Ergänzung herkömmlicher Flussmessverfahren (z. B. Schwimmkammern und Blasenfallen) mit einer kontinuierlichen Überwachung von Gasblasen unter Verwendung des in Süßgewässern weitgehend unerforschten Ansatzes der passiven Hydroakustik (d. h. Hydrophone) erreicht werden. Hydrophone können Gasblasen aufgrund ihrer größenabhängigen akustischen Signatur nicht-invasiv aufspüren und sind daher sehr vielversprechende Instrumente für die hochauflösende (mehrere kHz) Überwachung der Ebullition über Zeiträume von Tagen bis Jahre. Die gewonnenen Datensätze werden neue Erkenntnisse über die Dynamik der Ebullition liefern und eine detailliertere Bewertung ihrer kurz- und langfristigen Einflussfaktoren in künstlichen Gewässern ermöglichen. Das sekundäre Ziel des Projekts besteht darin, mehr Einblick in die CH4-Ebullition bei hohen Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff (O2) zu gewinnen, indem mögliche Verzerrungen bei volumenbasierten CH4-Ebullitionsabschätzungen aufgrund der Bildung von O2-Blasen untersucht werden. Hierzu werden hauptsächlich Laborexperimente unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, dringend benötigte Quantifizierungen der Ebullition und ihrer Bedeutung für CH4-Emissionen aus flachen, kleinen, künstlichen Gewässern bereitzustellen. Die Projektdaten werden mit hydro-meteorologischen und biogeochemischen Zusaztdaten kombiniert, um einen besseren Einblick in die Triebkräfte kurzfristiger Ebullitionsereignisse und saisonaler Trends zu gewinnen und um Upscaling-Verfahren zu entwickeln, um diese Beiträge in großmaßstäbliche CH4-Budgets einbeziehen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Mitverantwortlich: Dr. Matthias Koschorreck
• Kooperationspartner: Professor Daniel Frank McGinnis, Ph.D.