Mit Seegraswiesen dem Klimawandel begegnen

Uni Kiel entwickelt neue Methoden zur großflächigen Kartierung von Seegraswiesen in der Ostsee

Seegraswiesen gehören zu den bedeutenden Ökosystemen im Meer. Sie sind Kinderstube für zahlreiche Meeresbewohner oder dienen dem Küstenschutz, in dem sie starken Wellengang abschwächen. Diese Flachwasserhabitate sind allerdings weltweit auf dem Rückzug und gelten auch in der Ostsee als stark gefährdet, etwa durch einen vermehrten Eintrag von Nährstoffen in die Küstenzonen. Ihre Rolle als Kohlendioxidspeicher wird jedoch zunehmend wichtiger: Seegraswiesen nehmen deutlich mehr CO2 auf als eine vergleichbare Fläche Wald an Land und können somit einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, die Folgen des Klimawandels abzupuffern.

Während moderne Satelliten an Land große Flächen von Lebensräumen und deren Veränderungen wie Waldrodungen dokumentieren können, fällt diese Technik für das Meer fast vollständig aus. Im europäischen Verbundprojekt ECOMAP, das an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) koordiniert wird, werden daher neue Methoden zur effizienten und zentimetergenauen Kartierung von Seegraswiesen erprobt. Erste Ergebnisse der neu entwickelten Messmethoden, die gemeinsam mit Partnern aus Polen und Deutschland konzipiert wurden, zeigen, dass Seegraswiesen nicht nur flächenhaft, sondern auch mit einer bisher unerreichten Effizienz und einer Genauigkeit im Dezimeterbereich erfasst werden können.

„Unser Ziel ist es, eine hohe Präzision unserer Methoden sicherzustellen, die es uns erlaubt, Basislinien der aktuellen Bestände zu zeichnen und größere Flächen zu dokumentieren. Dafür setzen wir vor allem auf eine schallbasierte Erfassung des Meeresbodens und der Vegetation,“ sagt ECOMAP-Projektleiter Dr. Jens Schneider von Deimling, Geophysiker am Institut für Geowissenschaften an der Universität Kiel. „Die ersten Ergebnisse zeigen, dass wir mit unserer Vorgehensweise in wenigen Jahren durch eine wiederholte Messung die Dynamik der Bestände sicher bestimmen können,“ so Schneider von Deimling weiter.

Neben der weiterentwickelten schallbasierten Methode werden regelmäßig auch unterschiedliche optische Verfahren wie Tauchgänge, Drohnenüberflüge, Flugzeugmessungen oder Satellitenbeobachtungen zur Klassifizierung von ausgewählten schleswig-holsteinischen Seegraswiesen angewendet. Erst kürzlich ist das ECOMAP-Team von einer Ausfahrt mit dem Forschungskutter Littorina nach Kiel zurückgekehrt, mit an Bord ein neuer Datensatz der küstennahen Gebiete Geltinger Bucht, Kalkgrund, Boknis Eck und Heidkate – alle erhoben mit einem Prototyp eines neuen Fächerecholotes und in einer Wassertiefe von fünf bis acht Metern. Durch die regelmäßige Kartierung an dieser Basislinie erhoffen sich die Forschenden Aufschluss darüber, ob die Seegrasbestände vor allem der Art Zostera marina (Großes Seegras) in tiefere Bereiche vordringen oder weiter zurückgehen.

Die vom Schiff erhobenen Datensätze mit Fächerecholoten werden nun an der Uni Kiel mit denen aus Messungen vom Flugzeug mit modernem Lasergeräten (LiDAR), von Drohnenüberflügen (Luftbildern) oder von Proben aus Tauchgängen zusammengeführt und mit Hilfe von neuen Auswertungsverfahren mit künstlicher Intelligenz bewertet. Mit den neuen Methoden und der komplexen Verarbeitung der Daten aus den unterschiedlichen Messungen mit Hilfe intelligenter Algorithmen betreten die Forschenden wissenschaftliches Neuland. Ziel ist es, langfristig ganzheitlichen Methoden zu installieren, die im Flachwasser mit seiner reichen Artenvielfalt an Pflanzen über die belebten obersten Schichten des Sediments bis in eine Tiefe von etwa zwei Metern hinein messen und Echtzeitdaten über den Zustand der Meeresumwelt ermitteln.

An dem Forschungsprojekt ECOMAP, das mit insgesamt 2,5 Millionen Euro vom transnationalen Forschungs- und Entwicklungsprogramm für den Ostseeraum BONUS der EU für drei Jahre gefördert wird, sind neben Partnern aus Deutschland wie das GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung Kiel und das Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Warnemünde (IOW), auch Institutionen aus Polen und Dänemark beteiligt und maritime Behörden wie das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), der Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz (LKN), und das Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume (LLUR) angegliedert. Die Ergebnisse des Projektes sollen zur Umsetzung der EU-Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie beitragen und unterstützen zukünftige Meeresraumplanung, Küstenschutz und die nachhaltige Nutzung der Ostsee. Die im Projekt entwickelten Forschungsmethoden sind für die gesamte Ostsee geeignet und könnten weltweit auf alle küstennahen Gebiete adaptiert werden.

Ergebnisse zu den neuen Methoden, unter anderem mit den Fächerecholoten und der Detektion von Seegras mittels neuer Algorithmen und künstlicher Intelligenz sind kürzlich in einem Sonderband zur Meeresbodenkartierung in der Fachzeitschrift MDPIGeosciences erschienen.

Originalpublikation

Held, P.; Schneider von Deimling, J. - New Feature Classes for Acoustic Habitat Mapping—A Multibeam Echosounder Point Cloud Analysis for Mapping Submerged Aquatic Vegetation (SAV). Geosciences 2019, 9, 235. https://doi.org/10.3390/geosciences9050235

Kontakt:

Dr. Jens Schneider von Deimling
Institut für Geowissenschaften
0431/880-5792
jens.schneider@ifg.uni-kiel.de

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