Sedimentanalyse zeigt Beeinträchtigung von Flüssen durch veränderte Flächennutzung
Der Sedimenthaushalt, d. h. Menge, Art und Zeitpunkt des Ein- und Austrags von Sedimenten in ein Flusssystem, kann durch veränderte Landnutzung und Bodenbedeckung im Zuge der Stadtentwicklung oder durch Landwirtschaft und Wiederaufforstung/Entwaldung gestört werden. Dies wiederum erhöht das Überschwemmungsrisiko und kann Wasserkraftanlagen und sogar den Kohlenstoffkreislauf beeinträchtigen, da Pflanzen und Sedimente über die Photosynthese organischen Kohlenstoff speichern. „Sedimentveränderungen werden in der Regel untersucht, indem man sich Merkmale der Flussmorphologie und Sedimentstruktur anschaut“, erklärt Carmelo Juez vom spanischen Nationalen Forschungsrat, der das über die Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt SEDILAND betreut. „Die Daten werden jedoch meist standortspezifisch und über kürzere Zeiträume erhoben“, sodass sich genauere Ursachen und Folgen langfristiger Störungen von Sedimentveränderungen durch veränderte Bodenbedeckung nur schwer ableiten lassen. Aus umfassenderer Perspektive untersuchte SEDILAND daher Sedimentveränderungen in Flusseinzugsgebieten, in denen langfristig stärkere Veränderungen der Bodenbedeckung zu erwarten sind.
Störungen des Sedimenthaushalts
Das durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte Projekt erhob und analysierte über einen Zeitraum von 15 Jahren Daten zu Hydrologie und Sedimenthaushalt. Die Daten stammten von vier Versuchsstandorten in Flusseinzugsgebieten der spanischen Pyrenäen. Die speziell ausgewählten Standorte wiesen ähnliche geografische und geologische Merkmale, aber unterschiedlich starke Veränderungen der Bodenbedeckung auf. Als Standorte wurden relativ naturbelassene Wälder, stillgelegte Agrarflächen mit fortschreitender natürlicher Wiederbesiedlung und wiederaufgeforstete Flächen gewählt. Um langfristige Trends und Zyklen zu erkennen, wurden aktuelle und frühere Daten etwa zu Menge, Art und Zeitpunkt des Sedimenteintrags ausgewertet. Insbesondere untersuchte Juez, wie und wie schnell Veränderungen der Bodenbedeckung den Sedimenthaushalt eines Flussreservoirs beeinflussen. Ein weiteres Thema war die Suche nach möglichen zeitlichen Mustern bei der Entstehung, Ansammlung und dem Transport von Sedimenten. All dies könnte zu einem besseren Umwelt- und Territorialmanagement sowie dem Erhalt naturnaher Prozesse beitragen.
Folgen des Klimawandels
Den Analysen von Juez zufolge wirken sich veränderte Flächennutzung und Bodenbedeckung in verschiedenen Zeitskalen auf den Sedimenthaushalt aus. Kurzfristig spielt der Einfluss saisonaler, regionalspezifischer Niederschlagsmuster eine Rolle, langfristig sind für das Gleichgewicht im Flussbett veränderliche Perioden zu- und abnehmender Sedimentflüsse maßgeblich. Vor allem der Klimawandel wird künftig Auswirkungen haben. „Mit dem zu erwartenden Temperaturanstieg und heftigeren Dürre- und Regenperioden könnten kürzere Zeitskalen in den Hintergrund rücken und mehrjährige Zeitskalen relevanter werden“, sagt er. „Einzugsgebiete in naturbelassenen Wäldern, in denen sich die Sedimentflüsse über mehrjährige Zeiträume verändern, können daher dem Klimawandel besser standhalten. In Regionen mit eher kürzeren Zeitskalen gelangt weniger Sediment in die Flusskanäle, was mit höherer Wahrscheinlichkeit eine Degradation zur Folge hat.“
Aktive Gegenmaßnahmen
Dies unterstreicht, wie wichtig vorausschauende Flächenbewirtschaftung ist, um den Folgen des Klimawandels gegenzusteuern und auf möglichst vielen Flächen natürliche Prozesse aufrechtzuerhalten. Diese Ergebnisse werden für die Fachbereiche Ökologie, das Bauingenieurwesen sowie für Fischfang und Wasserkrafterzeugung von Belang sein. Modelle von Sedimentflüssen will Juez nun mittels maschinellem Lernen erstellen. In der Forschung könnten dann Zufallsvariablen stärker einbezogen werden, um die bisherigen deterministischen Modelle von Flusseinzugsgebieten abzulösen.
Schlüsselbegriffe
SEDILAND, Fluss, Sediment, Überschwemmung, Klima, Kohlenstoff, Wasserkraft, Landwirtschaft, Entwaldung
