Angesichts unsicherer globaler Rohstofflieferketten gewinnen heimische Ressourcen zunehmend an Bedeutung. Im Verbundprojekt RoLiXX arbeiten Forschende der Fraunhofer IEG gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft daran, Lithium aus Tiefenwässern des Norddeutschen Beckens nutzbar zu machen. Dafür entwickeln sie Verfahren, die sowohl zuverlässig arbeiten als auch flexibel an die jeweiligen Eigenschaften der Sole angepasst werden können. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 2,8 Millionen Euro geförderten Projekts wird nun eine mobile und adaptive Pilotanlage erprobt.

»Europa braucht eigene Quellen für strategische Rohstoffe. Mit RoLiXX zeigen wir, wie sich kritische Rohstoffe wie Lithium regional fördern lassen«, sagt Tilman Cremer, Projektleiter am Fraunhofer IEG. »Unser Ansatz setzt auf vorhandene Infrastruktur und auf Verfahren, die wirtschaftlich, effizient und nachhaltig sind. Mit der Erschließung der Lithiumvorkommen im Norddeutschen Becken könnte Deutschland in Zukunft eine zentrale Rolle bei der Deckung des deutschen und europäischen Bedarfs einnehmen.«

Lithiumvorkommen im Norddeutschen Becken im Fokus

RoLiXX verfolgt zwei zentrale Forschungsansätze. Im geowissenschaftlichen Teil untersuchen die Projektpartner, in welchen mineralogischen Phasen Lithium im Untergrund vorkommt, unter welchen Bedingungen es freigesetzt wird und welchen Einfluss hydrothermale Prozesse, Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen sowie Gesteinsumformungen (Diagenese) haben. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, die Verteilung und Anreicherung von Lithium in Thermalwässern des Norddeutschen Beckens besser vorherzusagen.

Im Mittelpunkt steht dabei das Rotliegend – eine rund 300 Millionen Jahre alte Gesteinsabfolge aus Sandsteinen und Vulkaniten in Tiefen von drei bis fünf Kilometern. Diese Formation gilt als besonders aussichtsreich für lithiumhaltige Tiefenwässer. Anhand von Proben und Daten bestehender Tiefbohrungen soll die Herkunft und Verteilung des Lithiums zwischen der niederländischen und der polnischen Grenze erstmals systematisch untersucht und wissenschaftlich bewertet werden.

Technische Herausforderungen der Lithiumextraktion

Der zweite Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Gewinnung von Lithium aus salzhaltigen Thermalwässern, wie sie beispielsweise in Geothermieanlagen genutzt werden. Damit eröffnet sich für die Energiewirtschaft die Möglichkeit, geothermische Wärmegewinnung mit der Förderung strategischer Rohstoffe zu verbinden. Zu den wesentlichen Herausforderungen zählen Korrosionsprozesse an metallischen Werkstoffen sowie die Ausfällung von Mineralien infolge von Druck- oder Temperaturänderungen. Solche Ablagerungen können den Betrieb von Extraktionsanlagen beeinträchtigen. Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung einer wirtschaftlichen Lithiumextraktion ohne störende Feststoffbildung.

Darüber hinaus untersucht RoLiXX die gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen einer heimischen Lithiumgewinnung. Geplant sind unter anderem eine Ökobilanzierung, Analysen zur gesellschaftlichen Akzeptanz, regionalökonomische Bewertungen sowie die Ableitung politischer Handlungsempfehlungen. Auf dieser Grundlage sollen Rahmenbedingungen für zukünftige Projekte im Rotliegend entwickelt werden.

Quelle: Fraunhofer IEG Im Projekt RoLiXX wird eine anpassbare Pilotanlage Lithium aus salzhaltigem Tiefenwasser gewinnen. Der Prototyp ist flexibel, um die Prozessparameter und Inhibitoren auf das Tiefenwasser an verschiedenen Einsatzorten maßgeschneidert anzupassen.

Mobile Pilotanlage für den Praxistest

Die Fraunhofer IEG übernimmt im Projekt die Überführung wissenschaftlicher Erkenntnisse in die technische Anwendung. Dafür adaptieren und betreiben die Forschenden eine mobile Pilotanlage zur Gewinnung von Lithium aus salzhaltigem Tiefenwasser. Im Fokus stehen eine stabile Prozessführung ohne feste Rückstände sowie die Anpassbarkeit an unterschiedliche Wasserzusammensetzungen.

Unter realitätsnahen Bedingungen im Kubikmetermaßstab untersucht das Team Wirtschaftlichkeit, Skalierbarkeit und Umweltwirkungen der Verfahren. Die Ergebnisse sollen Energieversorgern und Industrieunternehmen als Grundlage dienen, um die Kombination von Geothermie und Rohstoffgewinnung bewerten zu können.

Mit einem Gewicht von rund 250 Kilogramm und einem Volumen von etwa zwei Kubikmetern lässt sich die Anlage per Gabelstapler und Transporter an verschiedene Einsatzorte bringen.

»Unsere Pilotanlage haben wir bewusst so konzipiert, dass sie mobil ist, aber sich auch leicht an Tiefenwässer verschiedener Zusammensetzung anpassen lässt. So könnten viele Thermalwasserbetreiber rasch und einfach die Machbarkeit prüfen und die Wirtschaftlichkeit eigener Lithiumextraktion abschätzen«, erklärt Tilman Cremer.

Verbundprojekt mit Partnern aus Forschung und Industrie

RoLiXX – Rotliegend als Lithiumressource im Norddeutschen Becken – von der EXploration zur EXtraktion – ist ein vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördertes Verbundprojekt (Förderkennzeichen: 03G0941D).         Neben der Fraunhofer IEG sind das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, die TU Berlin, das Institut für Ökologische Wirtschaftsforschung sowie die Neptune Energy Innovations GmbH als industrieller Partner und Projektkoordinator beteiligt. Assoziierte Partner sind die Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) und die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR).

Die Arbeiten unterstützen die Ziele des europäischen Critical Raw Materials Act, der eine sichere Versorgung mit strategischen Rohstoffen anstrebt. Das Gesamtfördervolumen des auf drei Jahre angelegten Projekts beträgt 2,8 Millionen Euro.

Quelle: Lithium aus Tiefenwasser – Fraunhofer IEG

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Kann Wärme aus Flüssen und Seen dazu beitragen, Städte künftig nachhaltiger zu beheizen? Dieser Frage widmet sich ein interdisziplinäres Forschungsteam der Technischen Hochschule Lübeck im Projekt SCET (Smart Connected Environments). Untersucht wird, ob sich Energie mithilfe von Wärmepumpen aus Lübecks Oberflächengewässern gewinnen lässt und welche Auswirkungen dies auf die Gewässerqualität hätte. Das Projekt wird im Rahmen der Maßnahme HAW-Forschungsraum Qualifizierung mit 3,9 Millionen Euro durch das BMFTR (Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt), die GWK (Gemeinsame Wissenschaftskonferenz) und das Land Schleswig-Holstein gefördert.

Unter der Verantwortung von Vizepräsidentin Prof. Dr. Karen Cabos und der Leitung von Prof. Dr. Claas Heymann entsteht an der TH Lübeck ein Forschungs- und Qualifizierungsraum für datengetriebene Vernetzung in der urbanen Umwelt-, Energie- und Klimaforschung. Kern des Vorhabens sind Echtzeitmodelle, in denen zahlreiche Umweltdaten zusammengeführt werden. Auf dieser Grundlage sollen künftig fundiertere Entscheidungen zur Energieversorgung in Lübeck möglich werden.

Dafür werden Daten aus den Bereichen Energie, Wetter, Ökologie und perspektivisch auch zum Nutzungsverhalten der Bevölkerung erfasst und ausgewertet.

Der gesellschaftliche Nutzen sei erheblich: „Die entwickelten Echtzeitmodelle können einen wesentlichen Beitrag für eine zuverlässige Wärmeversorgung in Lübeck leisten“, so Cabos. „Bei Bedarf können diese Modelle später auch von anderen Regionen übernommen bzw. zur Nutzung angepasst werden.“

Drei Module für Forschung, Infrastruktur und Nachwuchs

An dem Vorhaben sind acht Professoren aus allen vier Fachbereichen der TH Lübeck beteiligt. Gemeinsam wollen sie neue Ansätze für die Energiewende entwickeln und den Wirtschaftsstandort stärken.

„Unser Projekt ist dreiteilig mit einen starken Anwendungsfokus“, erläutert Heymann. „In allen drei Modulen setzen wir zudem auf die Zusammenarbeit mit vielen Partnern aus unterschiedlichsten Bereichen.“

Im ersten Modul entsteht die Daten- und KI-Infrastruktur. Dort werden Informationen aus dem Wasser-Wärme-Energie-Klima-Nexus gesammelt und mithilfe künstlicher Intelligenz aufbereitet. Das zweite Modul trägt den Namen SEEN (Smart Environment and Energy Nexus). Es nutzt die Infrastruktur des ersten Moduls, um Zusammenhänge zwischen Wasser, Energie, Wärme und Umwelt abzubilden. Ziel ist die Verknüpfung von Umwelt-, Energie- und Stadtdaten, um eine nachhaltige Energieversorgung zu unterstützen. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie die Wärmeversorgung Lübecks auch unter Extrembedingungen durch intelligente Steuerung gesichert werden kann.

Das dritte Modul konzentriert sich auf die Nachwuchsförderung. Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler bearbeiten eigene Forschungsvorhaben im Rahmen des Promotionszentrums Lübeck. Zudem wird hier der Wissenstransfer in die Gesellschaft organisiert.

Flusswärmepumpen als mögliche Energiequelle

Die Themen Klimawandel, erneuerbare Energien und Smart City gewinnen zunehmend an Bedeutung. Gerade die historische Altstadt Lübecks stellt besondere Anforderungen an die Wärmewende. Klassische Maßnahmen wie Gebäudedämmung oder dezentrale Wärmepumpen lassen sich dort nur eingeschränkt umsetzen, während der Energiebedarf der historischen Gebäude hoch bleibt. Vor diesem Hintergrund werden alternative Lösungen diskutiert. Eine davon ist die Nutzung von Flusswärmepumpen.

„Wasser, auch wenn es kalt ist, enthält immer noch Energie“, so Heymann. „Diese Energie fließt an uns vorbei. Wir können sie nutzen und damit heizen.“

Echtzeitmodelle für das Zusammenspiel von Wasser, Energie und Umwelt

Um die technische Machbarkeit und mögliche Umweltfolgen zu untersuchen, werden bereits heute Daten an Trave und Wakenitz erhoben. Weitere Messstationen sollen folgen. Erfasst werden unter anderem Wetterdaten, Pegelstände und Gewässerparameter.

„Die lokalen Lübecker Gewässer sind seit mehreren Jahren Forschungsgegenstand verschiedener Arbeitsgruppen an der der TH Lübeck“, so Cabos. „In diesem neuen Projekt wird diese Expertise nun gebündelt. Wir erforschen den sogenannten Nexus Wasser, Energie, Wärme.“

Der Begriff Nexus beschreibt die enge Verknüpfung verschiedener Systeme. Veränderungen in einem Bereich wirken sich auf andere Bereiche aus. Deshalb sollen die Zusammenhänge im Gesamtsystem untersucht werden.

„Ziel ist die Simulation der Auswirkungen einer engmaschigen Hintereinanderschaltung von Oberflächenwasserwärmepumpen auf ausgewählte lokale Gewässerqualitätsparameter“, so Heymann. „Wir betrachten das Gesamtsystem der analogen Lübecker Welt.“

Wärmeversorgung und Gewässerschutz gemeinsam betrachten

Auf Basis großer Datenmengen sollen möglichst präzise Echtzeit-Analysen entstehen. Dabei geht es unter anderem um Fragen wie den künftigen Wärmebedarf, die mögliche Entnahme von Wärme aus Gewässern und den Einsatz von Wärmespeichern während Kälteperioden.

„Das Forschungsprojekt schafft auch Voraussetzungen, um die geplante Wärmeversorgung von Lübeck über Wasserwärmepumpen auch in extremen Situationen zu sichern“, so Heymann.

Zusätzlich entwickeln die Forschenden neue Messverfahren, mit denen biologische Gewässerparameter automatisch erfasst werden können. Bestandteil des Projekts ist außerdem ein intelligentes Energiemanagementsystem, das erneuerbare Energien in ein Smart Grid einspeist und die Energieverteilung in Echtzeit an den Verbrauch anpasst. Mithilfe mathematischer Modelle sollen darüber hinaus die Wechselwirkungen zwischen Wetter, Hydrologie, Hydrodynamik und Energieverbrauch besser verstanden werden.

„Mit Hilfe mathematischer Modelle zu Beziehungen zwischen Wetter, Hydrologie, der Hydrodynamik und Energieverbrauchern sind dann auch verbesserte Vorhersagen zur Auswirkung dieser Eingriffe in unsere Lübecker Gewässer möglich,“ hofft Heymann.

Forschung für die Wärmeversorgung der Zukunft

Die Forschenden haben SCET mit Blick auf aktuelle Herausforderungen entwickelt. Steigende Gewässertemperaturen, stärkere Schwankungen und häufigere Extremereignisse treffen auf den Wunsch nach einer verlässlichen und möglichst klimafreundlichen Wärmeversorgung. Die enge Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen sowie die Vernetzung mit Wirtschaft, Politik und Gesellschaft bildeten die Grundlage für die Entwicklung des Projekts.

„Die Aufnahme in die Förderung durch das BMFTR ist deutlicher Beweis für das hohe Niveau, auf dem hier geforscht und gearbeitet wird“, so Cabos.

Mit dem Forschungsraum SCET soll untersucht werden, wie eine koordinierte und sichere Wärmeversorgung über Oberflächengewässer künftig möglich sein könnte. Die Ergebnisse könnten dabei auch für andere Städte von Interesse sein.

Quelle: TH Lübeck: Gemeinsam für Klimaschutz und nachhaltige Energiesysteme

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Das Forschungsprojekt „Monitoring der Gewässerwiederherstellungsmaßnahmen an der Ahr nach der Flutkatastrophe (MonAHR)“ hat eine interaktive ArcGIS StoryMap veröffentlicht, die ab sofort online verfügbar ist. Sie ermöglicht Interessierten einen anschaulichen Einblick in das laufende Forschungsvorhaben im Ahrtal und bereitet wissenschaftliche Inhalte gebündelt und interaktiv auf.

Das MonAHR-Projekt ist eine Forschungskooperation des Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier, der Universität Koblenz und der Hochschule Koblenz. Finanziert und unterstützt wird es durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität Rheinland-Pfalz, den Landkreis Ahrweiler sowie die Stadt Bad Neuenahr-Ahrweiler.

Wissenschaftliche Begleitung des Wiederaufbaus

Nach dem extremen Hochwasser an der Ahr im Jahr 2021 sind umfangreiche Maßnahmen zum Wieder- und Neuaufbau der Infrastruktur erforderlich. In diesem Zusammenhang werden auch Maßnahmen zur Gewässerwiederherstellung umgesetzt. Das Forschungsprojekt untersucht, wie sich die ökologischen Prozesse und der Zustand der Ahr im Zuge dieser Maßnahmen entwickeln.

Die veröffentlichte ArcGIS StoryMap erläutert das Forschungsvorhaben und die eingesetzten Methoden. Besonders hervorzuheben sind interaktive Karten, die Veränderungen in der Region anhand von Luftbildern vor und nach der Flut sichtbar machen. Nutzer*innen können die Entwicklungen im Ahrtal dadurch unmittelbar nachvollziehen. Darüber hinaus werden die wissenschaftlichen Methoden des Projekts sowie die eingesetzten Messgeräte vorgestellt. Bilder und begleitende Erläuterungen zeigen, wie Daten erhoben werden und welche Technologien dabei zum Einsatz kommen.

Offener Zugang zu Forschungsergebnissen

Mit der Veröffentlichung der ArcGIS StoryMap schafft das MonAHR-Projekt einen offenen Zugang zu seiner Forschungsarbeit und stärkt den Wissenstransfer in die Öffentlichkeit. Die Plattform soll künftig kontinuierlich erweitert werden. Perspektivisch sollen dort auch aktuelle Forschungsergebnisse veröffentlicht und bereitgestellt werden.

Mit Fokus auf den besonders stark betroffenen Mittel- und Unterlauf der Ahr ergänzen die wissenschaftlichen Partner*innen das bereits bestehende behördliche Monitoringnetz. Dabei werden fortlaufend Daten zur Entwicklung der Gewässerstrukturen, der physikalisch-chemischen Wasserqualität sowie der Artgemeinschaften erhoben. Auf diese Weise wird die Entwicklung der Ahr während der Umsetzung der Wiederherstellungsmaßnahmen wissenschaftlich begleitet.

Ziel: Die Entwicklung des Ökosystems verstehen

MonAHR verfolgt das Ziel, die Entwicklung des Lebensraums Ahr mit seinen Strukturen, Prozessen und Artgemeinschaften sowie den daraus resultierenden Ökosystemleistungen und dem ökologischen Bewertungszustand besser zu verstehen. Dieses Wissen ist notwendig, um Handlungsalternativen bei Neubau- und Wiederherstellungsmaßnahmen bewerten und Prognosen für die zukünftige Entwicklung der Ahr erstellen zu können.

Quelle: Ahrtal-Projekt veröffentlicht Storymap um Gewässerentwicklung anschaulich darzustellen

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Seegraswiesen gehören zu den wertvollsten Lebensräumen Europas. Sie filtern das Meerwasser, speichern Kohlenstoff, bieten zahlreichen Tierarten Schutz und Nahrung und dämpfen die Kraft von Wellen an den Küsten. Dennoch sind Seegraswiesen in vielen europäischen Regionen in den vergangenen Jahrzehnten stark zurückgegangen. Steigende Wassertemperaturen, Algenwachstum, Küstenbebauung und intensive Nutzung setzen den Unterwasserwiesen zu.

Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, hat die European Seagrass Restoration Alliance (ESRA) nun erstmals europaweite Empfehlungen für den Schutz, die Wiederansiedlung und das Management von Seegraswiesen veröffentlicht. Die „European Seagrass Recommendations 2026“ wurden von mehr als 50 Forschenden aus 17 Ländern gemeinsam erarbeitet. Sie bilden den ersten europaweiten wissenschaftlichen Konsens darüber, wie Seegraswiesen künftig geschützt, überwacht und wiederhergestellt werden können.

„Wir verfügen über die wissenschaftlichen Erkenntnisse und die Werkzeuge, um das Blatt zu wenden“, sagt Dr. Esther Thomsen, Meeresbiologin am GEOMAR, die an der Ausarbeitung der Empfehlungen beteiligt war.Ihre Kollegin Dr. Maike Paul vom Ludwig-Franzius-Institut der Leibniz Universität Hannover ergänzt: „Um Seegraswiesen erfolgreich zu schützen und wiederherzustellen, braucht es den politischen Willen und entsprechende Rahmenbedingungen. Die Empfehlungen bieten hierfür einen klaren, evidenzbasierten Fahrplan.“ Sie können dazu beitragen, die Umsetzung der EU Wiederherstellungsverordnung zu erleichtern, sind aber gleichermaßen auf Nicht-Mitgliedstaaten anwendbar.

Ganzheitliche Maßnahmen

Die Empfehlungen decken den gesamten Prozess der Wiederherstellung von Seegraswiesen ab. Dazu gehören der Schutz bestehender Bestände, die Verringerung menschlicher Belastungen, großflächige Wiederansiedlungsmaßnahmen, langfristige Überwachung sowie der Aufbau nachhaltiger Quellen für Pflanzmaterial. Darüber hinaus fordern die Autor:innen eine bessere Verzahnung von Umweltpolitik und praktischer Umsetzung, vereinfachte Genehmigungsverfahren und eine langfristige Finanzierung. Auch die Einbindung lokaler Gemeinschaften, transparente Datennutzung und gemeinsame ethische Standards spielen eine wichtige Rolle.

Von Frankreich bis in die Niederlande

Die Empfehlungen wurden im Anschluss an den zweiten European Seagrass Restoration Workshop im April 2025 in Frankreich entwickelt und bei einem Autor:innentreffen im Februar 2026 in den Niederlanden fertiggestellt. Sie stehen im Einklang mit der EU-Verordnung zur Wiederherstellung der Natur, der UN-Dekade zur Wiederherstellung von Ökosystemen und dem Globalen Rahmenwerk für Biodiversität von Kunming-Montreal. Prof. Dr. Thorsten Reusch vom GEOMAR begleitete den Prozess als wissenschaftlicher Gutachter.

Wie wichtig die europäische Vernetzung beim Thema Seegraswiesen ist, betont Esther Thomsen: „Alleine können wir nur kleine Schritte gehen, aber gemeinsam können wir so viel mehr bewirken!“

Die ESRA fördert dafür die Zusammenarbeit über Fachgrenzen hinweg und hilft, Forschung und Politik besser miteinander ins Gespräch zu bringen. Die jetzt gemeinsam formulierten Empfehlungen stärken das wachsende Bewusstsein und unterstützen die Akteure dabei, Seegraswiesen effektiv und verantwortungsvoll wiederherzustellen.

Originalpublikation:
Govers, L., Fauvel, T., Mayot, N., Lilley, S. J., & Lilley, R. (2026). European Seagrass Recommendations 2026 – On the future of seagrass restoration in Europe (Version 2026). Zenodo.
https://doi.org/10.5281/zenodo.20055164

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Ein internationales Forschungsteam hat die genetische Vielfalt von am Meeresboden lebenden Flohkrebsen im neu eingerichteten Meeresschutzgebiet „North Atlantic Current and Evlanov Sea basin“ (NACES) untersucht. Bereits eine einzelne Probenahme aus knapp 3.700 Metern Tiefe ergab 47 genetisch unterscheidbare Arten. Hochrechnungen deuten auf mehr als 120 Arten in dem Gebiet hin, von denen viele bislang wissenschaftlich nicht beschrieben wurden. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Biodiversität der Tiefsee deutlich unterschätzt wird.

Flohkrebse als Schlüssel zur Erforschung der Artenvielfalt

Flohkrebse (Amphipoden) sind kleine, garnelenähnliche Krebstiere, die in zahlreichen Meeres- und Süßwasserlebensräumen vorkommen und eine wichtige Rolle beim Abbau organischer Substanz spielen.

„Amphipoden tragen ihren Nachwuchs in einem Brutbeutel. Durch das fehlende Larvenstadium und die meist nur kurzen Schwimmdistanzen können sich Flohkrebse nur eingeschränkt ausbreiten. Das macht sie besonders wertvoll für Untersuchungen zur Biogeografie, also für die Frage, wie sich Arten räumlich über die Erde verteilen“, erklärt Dr. habil. Anne-Nina Lörz von Senckenberg am Meer in Hamburg.

Gemeinsam mit einem polnisch-österreichisch-deutschen Forschungsteam untersuchte sie die Verbreitung der Tiere im NACES-Gebiet. Das Schutzgebiet im Nordostatlantik umfasst rund 600.000 Quadratkilometer internationale Gewässer und zählt zu den größten Meeresschutzgebieten weltweit.

„Ursprünglich wurde das Areal zum Schutz wichtiger Nahrungsgebiete von Seevögeln eingerichtet. Später erkannte man jedoch auch die große Bedeutung der Tiefsee mit ihren empfindlichen Ökosystemen, weshalb das Schutzgebiet 2023 auch auf den Meeresboden ausgeweitet wurde“, erläutert die Erstautorin der Studie Lörz.

Überraschend viele Arten in großer Tiefe

Für die Studie analysierten die Forschenden 253 DNA-Sequenzen von Flohkrebsen. Die Proben stammten unter anderem aus dem NACES-Gebiet, der Labradorsee, den Azoren sowie weiteren Regionen des Atlantiks, Pazifiks, Indischen Ozeans und der Antarktis. Sie wurden überwiegend während der IceDivA-2-Expedition im Jahr 2021 mit dem Forschungsschiff SONNE gesammelt. Allein eine Probenahme aus 3.677 Metern Tiefe im NACES-Gebiet lieferte 47 genetisch unterscheidbare Arteneinheiten aus 98 Individuen.

„Unsere Hochrechnungen deuten sogar darauf hin, dass dort über 120 Arten leben. Das zeigt: Selbst auf kleinem Raum ist die Artenvielfalt am Meeresboden überraschend hoch“, fügt die Meeresforscherin hinzu und fährt fort: „Die meisten dieser genetischen Einheiten konnten keiner bekannten Art zugeordnet werden – viele sind vermutlich bislang unbeschrieben, also neu für die Wissenschaft.“

Neue Arten und unerwartete Verbreitung

Zwei der neu entdeckten Arten wurden inzwischen wissenschaftlich beschrieben und benannt: Cleonardo helga und Cleonardo davinci. Besonders bemerkenswert war für das Forschungsteam jedoch, dass sich die neuen Arten auch in weit entfernten Meeresregionen nachweisen ließen, darunter im rund 10.000 Kilometer entfernten Pazifik. Möglich wurde dies durch den Vergleich genetischer Daten aus früheren Expeditionen. Dabei zeigte sich, dass die Sequenzen der neu beschriebenen Arten mit bereits vorhandenen, bislang nicht näher bestimmten Proben übereinstimmten.

„Dass wir genetische Übereinstimmungen mit Proben aus weit entfernten Ozeanregionen gefunden haben, zeigt, wie wenig wir bislang über die tatsächliche Verbreitung dieser Arten wissen“, erklärt die Forscherin. „Offenbar sind manche Amphipoden sehr viel weiter verbreitet, als wir bislang angenommen hatten.“

Herausforderungen für den Schutz der Tiefsee

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Im internationalen Forschungsprojekt DAMAST untersuchen deutsche, georgische und armenische Partner die sicherheitsrelevanten Prozesse rund um den Enguri-Staudamm. Ziel des Projekts ist die Entwicklung übertragbarer Monitoring- und Sicherheitskonzepte für Talsperren in erdbebengefährdeten Regionen.

Sensibles Messnetz installiert

Im Fokus der Forschungsarbeit stehen moderne Überwachungstechnologien, mit denen kleinste Veränderungen an der Staumauer und im umliegenden Gestein frühzeitig erkannt werden können. Dafür wurde rund um den Enguri-Staudamm ein neues seismisches Messnetz installiert, das selbst schwache Mikrobeben registriert. Die Forscher analysieren unter anderem, wie sich Wasserstandsschwankungen im Reservoir auf die lokale Seismizität auswirken.

Darüber hinaus kommen radarbasierte Deformationsmessungen zum Einsatz. Mithilfe eines Ground-based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) lassen sich Bewegungen der Staumauer mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich erfassen. Die Messungen erfolgen teilweise in Echtzeit und liefern wichtige Erkenntnisse über Belastungen durch Wasserdruck, Temperaturänderungen oder geologische Prozesse.

Zur Projekt-Website

Herausfordernder Forschungsstandort

Die Forschungsarbeiten sollen dazu beitragen, Risiken frühzeitig zu erkennen und die langfristige Betriebssicherheit großer Wasserkraftanlagen zu verbessern. Angesichts zunehmender Extremwetterereignisse und der wachsenden Bedeutung von Wasserkraft im Zuge der Energiewende gewinnt die Überwachung kritischer Wasserinfrastrukturen weltweit an Bedeutung.

Hinzu kommt die besondere geopolitische Lage der Anlage: Der Enguri-Staudamm liegt auf georgisch kontrolliertem Gebiet, während zentrale Teile des Wasserkraftwerks in Abchasien liegen. Damit ist der Betrieb der Infrastruktur auf eine funktionierende Zusammenarbeit über eine politisch hoch sensible Grenze hinweg angewiesen.

Gerade deshalb gilt der Enguri-Staudamm nicht nur als technisches, sondern auch als politisches Schlüsselbauwerk. Er verbindet Fragen der Energieversorgung, der Versorgungssicherheit und der regionalen Stabilität. Die Anlage zeigt exemplarisch, wie eng kritische Wasser- und Energieinfrastruktur mit geopolitischen Konfliktlagen verknüpft sein kann.

Das Projekt DAMAST gewinnt vor diesem Hintergrund zusätzliche Bedeutung: Die wissenschaftlichen Untersuchungen liefern nicht nur Erkenntnisse zur Alterung, Sedimentation und seismischen Belastung des Bauwerks, sondern schaffen auch eine fachliche Grundlage für einen langfristig sicheren Betrieb dieser grenzüberschreitend relevanten Infrastruktur.

Weiterführende Informationen:
Beitrag auf ARTE, mdr AKTUELL

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Der Klimawandel trifft alle Bereiche, die direkt von natürlichen Ressourcen abhängen. Wälder geraten unter Druck, Gewässer verändern sich, und landwirtschaftliche Erträge werden unsicherer. Im Rahmen des Forschungsprogramms National Centre for Climate Services NCCS ist nun eine Wissensplattform entstanden, um den Sektoren Forstwirtschaft, Wassermanagement und Landwirtschaft ihre Planung im Klimawandel zu erleichtern.

Eine Reihe von Webapps macht dafür die Auswirkungen des Klimawandels auf wichtige Leistungen der Natur sichtbar und stellt Entscheidungsgrundlagen bereit.

Gewässernutzung planen

Der Klimawandel verändert die Niederschlagsmuster in der Schweiz: weniger im Sommer und mehr im Winter, und dies öfter als Regen statt Schnee. Trockenheit beeinträchtigen die Trinkwasserversorgung, die Ernteerträge und die Energieproduktion. Hochwasser hingegen spülen Sedimente und Nährstoffe weg, was zum Beispiel Seen überdüngen und Kraftwerke verstopfen kann.

Forschende der Universität Genf haben die App AquaREL entwickelt, die diese Veränderungen aufzeigen und prognostizieren kann. Sie zeigt, wie sich drei zentrale Aspekte der Gewässer verändern:

• die verfügbare Wassermenge (Abfluss),
• die Nährstofffracht (Eintrag von Stickstoff und Phosphor),
• die Sedimentfracht (Eintrag von Bodenmaterial).

AquaREL stellt diese Informationen auf Karten dar – für die ganze Schweiz und für verschiedene Regionen. Nutzerinnen und Nutzer können sehen, wo sich die Situation künftig verbessert oder verschlechtert. Die Ergebnisse basieren auf wissenschaftlichen Modellen und liefern eine erste Einschätzung möglicher Entwicklungen.

Die App richtet sich sowohl an Fachleute aus Verwaltung, Planung und Forschung als auch an die interessierte Öffentlichkeit. Sie soll helfen, Risiken früh zu erkennen und die Wasserbewirtschaftung an den Klimawandel anzupassen, und unterstützt so fundierte Entscheidungen für den Umgang mit unseren Gewässern.

Wälder stärken

Trockenheit, Stürme und Schädlingsbefall sind in den Schweizer Wäldern häufiger geworden. Die wirtschaftlich wichtigen Fichten sterben vielerorts im Mittelland oder müssen früher als geplant gefällt werden. Viele Schutzwälder sind zu einförmig und überaltert, was sie anfällig für Stürme und Schädlingsbefall macht. Förster und Fachstellen wollten besser verstehen, wie sich Wälder unter dem Klimawandel verändern – sowohl im Detail vor Ort als auch im grossen Zusammenhang. Hierbei hilft die von der ETH Zürich entwickelte ForClim-App.

Sie beruht auf einem dynamischen Modell, zeigt also nicht nur einen Zustand, sondern die Entwicklung eines Waldes über die Zeit. Nutzerinnen und Nutzer geben einige Angaben zu ihrem Waldbestand ein. Daraus berechnet das Modell, wie sich dieser unter verschiedenen Klimaszenarien entwickeln würde.

„Mit unserer App können Forstbetriebe oder Waldplanende das Schicksal ihrer Bestände sehen. Es gibt Bestände, wo der heutige Holzvorrat bereits in 20 oder 30 Jahren zusammenbrechen könnte“, sagt Harald Bugmann von der ETH Zürich.

Ziel ist es, Entscheidungen im Wald besser zu planen, etwa welche Baumarten gefördert werden sollen oder wann Eingriffe sinnvoll sind.

Die App FORTE liefert dagegen einen grossräumigen Überblick. Sie zeigt auf Karten, wie sich Wälder und ihre Ökosystemleistungen unter dem Klimawandel verändern könnten. Dabei geht es nicht nur um einzelne Baumarten, sondern auch um die vielen verschiedenen Funktionen des Waldes. Die Entwicklung der App geht auf konkrete Bedürfnisse aus der Praxis zurück. So wollte zum Beispiel die Kantonsoberförsterkonferenz wissen, wie sich die Multifunktionalität der Wälder durch den Klimawandel verändert. Damit ist gemeint, dass Wälder mehrere Leistungen gleichzeitig erfüllen – etwa Holz liefern, Lebensraum bieten und vor Naturgefahren schützen. Die App richtet sich besonders an Politik und Planung, die solche Entwicklungen auf regionaler Ebene beurteilen müssen.

Landwirtschaft im Klimawandel

Der Klimawandel verändert die Grundlagen der Landwirtschaft schon heute. Längere Wachstumszeiten, mehr Hitze und häufigerer Wassermangel beeinflussen Pflanzen, Tiere und die Arbeit auf dem Hof. Die Sicherheit von Erträgen und Einkommen sinken: In besonders trockenen Sommern kommt es zu Ernteausfällen, während einzelne Kulturen – etwa Wintergerste –von wärmeren Wintern profitieren. Gleichzeitig verändern sich ökologische Wechselwirkungen, etwa zwischen Pflanzen und Bestäubern wie Wildbienen.

Die App CLIMAGS, die Forschende von Agroscope, dem Kompetenzzentrum des Bundes für die landwirtschaftliche Forschung, entwickelt haben, macht diese Veränderungen sichtbar. Sie zeigt, wie sich in verschiedenen Regionen der Schweiz wichtige Ökosystemleistungen der Landwirtschaft künftig verändern könnten. Dazu gehören Erträge von Ackerkulturen und das Grünland und deren Schwankungen, das Bestäubungspotenzial und der Kohlenstoff im Boden. Nutzerinnen und Nutzer können sehen, wie sich ihre Region im Vergleich zu anderen entwickelt und wie sich die Bedingungen in Zukunft verändern könnten.

Die App liefert keine konkreten Handlungsempfehlungen für einzelne Betriebe. Sie entstand auf Wunsch von Ämtern als Grundlage, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Umwelt, die Wirtschaft und die Gesellschaft besser zu verstehen und einzuordnen.

„Der Klimawandel kommt zum allgemeinen Strukturwandel hinzu“, sagt Pierluigi Calanca von Agroscope. „Unsere App kann Grundlagen liefern, um neue Wege einzuschlagen und Diskussionen in der Praxis wie auch in Politik und Gesellschaft anzustossen.“

NCCS: das Netzwerk für Klimadienstleistungen

Als nationales Koordinations- und Innovationsorgan und Wissensdrehscheibe unterstützt das NCCS klimakompatible Entscheidungsfindungen, um Risiken zu minimieren, Chancen zu maximieren und Kosten zu optimieren. Im NCCS-Programm „Entscheidungsgrundlagen zum Umgang mit dem Klimawandel in der Schweiz: Informationen zu sektorenübergreifenden Themen“ (NCCS-Impacts) wurden von 2022 bis 2026 in mehreren sektorübergreifenden Projekten praxisnahe Klimadienstleistungen für Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft erarbeitet. Diese sollen Akteuren aus Politik, Verwaltung, Privatwirtschaft und Forschung als Entscheidungsgrundlage für Massnahmen zur Vermeidung von Treibhausgas-Ausstoss und zur Anpassung an den Klimawandel dienen. Das Programm NCCS-Impacts wird von allen Mitgliedern des NCCS gemeinsam getragen. Mit einer Gesamtschau stehen ab Herbst 2026 sämtliche Ergebnisse gebündelt zur Verfügung.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
WSL-Kontakte
Dr. Astrid Björnsen
Co-Programmleiterin Extremes/Stab
astrid.bjoernsen@wsl.ch

Prof. Dr. Arthur Gessler
Leiter Forschungseinheit Wald- und Bodenökologie
arthur.gessler@wsl.ch

Externe Kontakte:
Wald: Harald Bugmann, Professur für Waldökologie, ETH Zürich, harald.bugmann@env.ethz.ch

Klima und Landwirtschaft: Pierluigi Calanca, Agroscope, pierluigi.calanca@agroscope.admin.ch
Bestäuber: Sibylle Stöckli, Agroscope, sibylle.stoeckli@agroscope.admin.ch

Wasser: Anthony Lehmann, Institute for Environmental Sciences, Universität Genf, anthony.lehmann@unige.ch (Französisch, Englisch)

Quelle: Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

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Als Vorbereitung für Nährstoffmessungen, werden die Wasserproben direkt am Gewässer filtriert und für den Transport abgefüllt. (Quelle: Sumita Thapa)

Das MonAHR-Projekt ist eine Forschungskooperation des Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier, der Universität Koblenz und der Hochschule Koblenz. Finanziert und unterstützt wird es durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität Rheinland-Pfalz, den Landkreis Ahrweiler und die Stadt Bad Neuenahr-Ahrweiler.

Nach dem extremen Hochwasser 2021 an der Ahr sind umfangreiche Maßnahmen zum Wieder- und Neuaufbau der Infrastruktur erforderlich. In diesem Zusammenhang werden auch Maßnahmen zur Gewässerwiederherstellung durchgeführt. Im Mittelpunkt des Forschungsprojekts steht die Frage, wie sich die ökologischen Prozesse und der Zustand der Ahr aus wissenschaftlicher Sicht entwickeln.

Interaktive Einblicke ins Ahrtal

Die nun veröffentlichte ArcGIS StoryMaps erklärt das Forschungsvorhaben und angewandte Methoden. Besonders hervorzuheben sind interaktive Karten, die Veränderungen in der Region vor und nach der Flut auf Luftbildern sichtbar machen. Nutzer*innen können so die dynamischen Entwicklungen im Ahrtal unmittelbar nachvollziehen. Darüber hinaus veranschaulicht die ArcGIS StoryMaps die wissenschaftlichen Methoden des Projekts und stellt die verwendeten Messgeräte vor. Aussagekräftige Bilder und begleitende Texte zeigen, wie Daten erhoben werden und welche Technologien dabei zum Einsatz kommen.

Mit der Veröffentlichung der ArcGIS StoryMaps schafft das MonAHR-Projekt einen offenen Zugang zu seiner Forschungsarbeit und stärkt den Wissenstransfer in die Öffentlichkeit. Perspektivisch wird die Plattform kontinuierlich erweitert: Zukünftig sollen hier auch aktuelle Forschungsergebnisse veröffentlicht und geteilt werden.

Ziele des MonAHR-Projekts

Mit Fokus auf den am stärksten betroffenen Mittel- und Unterlauf der Ahr wird das bereits existierende behördliche Monitoringnetz von den wissenschaftlichen Partner*innen ergänzt. Laufend werden Daten zur Entwicklung der Gewässerstrukturen, physikalisch-chemischen Wasserqualität und Entwicklung der Artgemeinschaften erhoben. Dadurch wird die Entwicklung der Ahr während der Umsetzung der Wiederherstellungsmaßnahmen wissenschaftlich begleitet.

Das Ziel von MonAHR ist ein genaues Verständnis der Entwicklung des Lebensraums Ahr mit seinen Strukturen, Prozessen und Artgemeinschaften sowie der sich daraus ergebenden Ökosystemleistungen und des ökologischen Bewertungszustands. Ein solches Verständnis ist notwendig, um Handlungsalternativen bei Neubau- und Wiederherstellungsmaßnahmen bewerten und Prognosen zu zukünftigen Entwicklungen an der Ahr geben zu können.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Stefan Stoll
s.stoll@umwelt-campus.de

Quelle: Hochschule Trier

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Krankenhäuser benötigen enorme Mengen Wasser, bis zu 600 Liter pro Belegbett und Tag. Zum Vergleich: Im Bundesdurchschnitt verbraucht jede Person täglich rund 120 Liter Trinkwasser im Haushalt. Am Universitätsklinikum Halle (Saale) analysiert man im Rahmen des Vorhabens deshalb bereits seit Mitte 2025 die Wasserverbräuche und Abwasserströme genauer.

„Große Mengen entfallen beispielsweise auf die Dialyse oder die Sterilgutversorgung. Aber auch viele kleinere Verbraucher wie Spül- und Waschmaschinen summieren sich im Klinikalltag schnell“, erklärt Projektleiter Dr. Felix Glahn, Laborleiter des Instituts für Umwelttoxikologie der Universitätsmedizin Halle. „Erste Erfahrungen aus anderen Kliniken zeigen, dass sich der Trinkwasserverbrauch nahezu halbieren lässt, etwa durch die Nutzung von Regen- oder Grauwasser.“

Antibiotika-Rückstände im Abwasser reduzieren und untersuchen

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Reinigung belasteter Abwässer. Die Forschenden erproben dabei moderne Verfahren, um Rückstände von Arzneimitteln und Krankheitserregern möglichst gezielt aus dem Abwasser zu entfernen.

„Das Projekt setzt dort an, wo relevante Abwasserbelastungen entstehen“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Wiese, Co-Antragsteller und Professor für Siedlungswasserwirtschaft mit dem Schwerpunkt Abwasser an der Hochschule Magdeburg-Stendal. „Ein besonderes Augenmerk liegt auf Antibiotika, deren Eintrag wir besser erfassen und möglichst reduzieren wollen. Dazu testen wir verschiedene neuartige Filtrations- und Oxidationsverfahren. So wollen wir auch die Entstehung multiresistenter Erreger eindämmen.“

Darüber hinaus sollen Möglichkeiten entwickelt werden, die im Abwasser enthaltene Wärme zurückzugewinnen.

Flankierend zu den Reinigungsversuchen erfolgen Studien am Institut für Umwelttoxikologie der Universitätsmedizin Halle, um unerwünschte Effekte von Antibiotikarückständen zu untersuchen – sowohl vor als auch nach der Reinigung. Denn deren chemische Abbauprodukte könnten nach einer Aufbereitung weiterhin problematisch sein. Tests mit Fadenwürmern und Algen helfen dabei, die Auswirkungen genauer abzuschätzen.

Förderung bis 2028

Das Ministerium für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt fördert das Projekt bis Mitte 2028 mit rund 983.000 Euro. Bei der Vorstellung des Vorhabens überreichte Staatssekretär Dr. Steffen Eichner einen Förderbescheid.

„Die möglichst nachhaltige Nutzung von Energie und Wasser ist gerade für das Gesundheitswesen eine enorme Herausforderung, aber auch eine große Chance. Denn wer den Einsatz von Ressourcen konsequent reduziert, schont nicht nur das Klima, sondern spart auch Kosten. Ich freue mich, dass Universität und Uniklinikum Halle hier vorangehen – und dass wir sie bei diesem Zukunftsprojekt kräftig unterstützen können. Ich bin zuversichtlich, dass künftig auch andere Krankenhäuser von den Konzepten profitieren können, die im Rahmen des Modellprojekts entstehen werden“, betont Eichner.

Wichtige Partner im Projekt sind die Stabsstellen Krankenhaushygiene sowie Sicherheit, Gesundheits- und Umweltschutz des Universitätsklinikums Halle (Saale), die Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. (GMBU e.V.), das Kompetenzzentrum Wasserwirtschaft und die Hallesche Wasser und Stadtwirtschaft GmbH.

Quelle: Universitätsmedizin Halle

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Vibrionen gehören natürlicherweise zu marinen Bakteriengemeinschaften und treten insbesondere in warmen Küsten- und Brackgewässern auf. Man kennt gut 150 verschiedene Arten, von denen etwa 10 % pathogen sind und Infektionen bei Menschen, Fischen oder Muscheln verursachen. Zu diesen zählt auch Vibrio vulnificus. Der Erreger kann bereits über kleinste Hautverletzungen beim Baden in den Körper gelangen und im schlimmsten Fall lebensbedrohliche Wundinfektionen oder Sepsis verursachen. Besonders gefährdet sind ältere Menschen und Personen mit geschwächtem Immunsystem. Da steigende Meerestemperaturen die Vermehrung der Bakterien begünstigen, gilt die Ostsee heute als eine der europäischen Hochrisikoregionen für Vibrio-Infektionen.

Hochaufgelöste Umweltdaten liefern der KI entscheidende Frühwarnsignale

Für die kürzlich in „Water Research“ veröffentlichte Studie untersuchte das IOW-Forschungsteam von April 2022 bis Mai 2023 insgesamt 15 Messstationen entlang der Ostseeküste und der Warnow-Mündung im Raum Rostock. Zweimal pro Woche entnahmen sie Wasserproben, die sie mit molekularbiologischen sowie mikrobiologischen Verfahren analysierten. Ergänzt wurden die Messungen durch Umwelt-, Wetter- und Satellitendaten zu Wassertemperatur, Salzgehalt, Nährstoffen, Chlorophyllgehalten und Strömungsverhältnissen.

Insgesamt werteten die Forschenden gut 1.500 Wasserproben aus. Dabei zeigte sich ein klares saisonales Muster: Nachweise von Vibrio vulnificus konzentrierten sich fast ausschließlich auf die Sommermonate zwischen Ende Juni und Anfang September. Besonders häufig trat das Bakterium bei Wassertemperaturen über 18 °C und Salzgehalten zwischen etwa 12 und 18 ‰ auf – Bedingungen, die im Sommer in der südlichen Ostsee häufig vorkommen.

Hohe zeitliche und räumliche Auflösung der Daten

Die große Stärke des Datensatzes lag nicht allein in der Menge der Messungen, sondern in ihrer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung. Dadurch konnten die Forschenden detailliert nachvollziehen, wie sich mikrobielle Gemeinschaften und Umweltbedingungen vor einem verstärkten Auftreten von Vibrio vulnificus verändern.

„Wir konnten zeigen, dass sich das Auftreten der potenziell gefährlichen Vibrionen durch charakteristische ökologische Veränderungen frühzeitig ankündigt“, erklärt der Erstautor der Studie, Conor Christopher Glackin, der zu diesem Thema am IOW promoviert.

Diese biologischen Vorläufersignale nutzte das Forschungsteam, um verschiedene KI-Modelle gezielt zu trainieren. Sie sollten vorhersagen, ob und wann Vibrionen zu einem späteren Zeitpunkt an einem Standort auftreten.

„Genau solche Muster kann künstliche Intelligenz erkennen und für Vorhersagen nutzen“, erläutert Glackin.

Die besten KI-gestützten Modelle lieferten zuverlässige Prognosen zum Auftreten von Vibrio vulnificus bis zu vier bzw. fünf Wochen im Voraus. Besonders leistungsfähig erwiesen sich die Modelle, die neben physikalischen Umweltfaktoren auch Veränderungen mikrobieller Gemeinschaften berücksichtigten.

Bemerkenswert war dabei, dass auch frei verfügbare Satellitendaten ein hohes Potenzial für operationelle Frühwarnsysteme zeigten. Die Analysen deuten darauf hin, dass insbesondere mikrobielle Sukzessionsprozesse nach massiven Algenblüten eine zentrale Rolle spielen. Denn beim Zerfall großer Mengen an Phytoplankton werden organische Substanzen freigesetzt, die günstige Wachstumsbedingungen für Vibrionen schaffen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich mikrobiologische Prozesse in Küstengewässern deutlich besser vorhersagen lassen als bislang angenommen, so dass uns jetzt erstmals konkrete Vorhersagen für Vibrionen-Risikoperioden im Jahreslauf möglich sind“, sagt Matthias Labrenz, Umweltmikrobiologe am IOW und Leiter der Studie. „Damit rückt erstmals ein praktikables Frühwarnsystem in greifbare Nähe, das Gesundheitsbehörden oder Badeorte bei konkreten Warnentscheidungen unterstützen kann.“

Drohnen sollen KI-gestützt lokal präzise Warnsysteme ermöglichen

Das IOW arbeitet inzwischen auch anwendungsorientiert an einem solchen System: Seit April testen Forschende unter Leitung des Umweltmikrobiologen Daniel Herlemann ein KI-gestütztes Drohnen-Messprogramm zur lokalen Einschätzung von Vibrionen-Risiken an den Küsten Mecklenburg-Vorpommerns. Dabei erfassen Drohnen hochaufgelöst Umweltparameter wie Wassertemperatur, Strömungsverhältnisse, Salzgehalt und Blaualgenblüten im Bereich des Badewasserstreifens vor dem Warnemünder Strand. Die Daten werden automatisiert an einen Server übertragen und dort KI-basiert ausgewertet. Ziel ist die Entwicklung eines lokalen Vibrionen-Umweltindex mit Ampelsystem, das innerhalb weniger Minuten nach einem Drohnenflug eine standortspezifische Risikoeinschätzung liefern kann.

Das Projekt KIVib-Küste (kurz für „Digitalisierte und KI-gesteuerte Vibrio Bewertung von Küstengewässern“) knüpft direkt an die Ergebnisse der jüngst publizierten Studie und früherer IOW-Analysen zum Auftreten von Vibrionen an. Langfristig hoffen die Forschenden, dass die bisherigen eher allgemeinen Warnungen durch lokal präzise und kurzfristig aktualisierte Risikoabschätzungen ersetzt werden können.

„Angesichts des Klimawandels gewinnt das Thema zunehmend an Relevanz: Wärmere Sommer verlängern die jährliche Vibrionen-Saison, während gleichzeitig durch demografische Entwicklungen die Zahl besonders gefährdeter Personen zunimmt. Im touristisch stark genutzten deutschen Ostseeraum mit seinen vielen Millionen Urlaubsgästen jährlich ist es daher sowohl zur Gesundheitsvorsorge als auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten wichtig, Risikoperioden so klar wie möglich von eher unbedenklichen Bade- und Wassersportbedingungen abgrenzen zu können“, so Matthias Labrenz abschließend.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Matthias Labrenz | Tel.: +49 (0)381 5197 – 378 | matthias.labrenz@iow.de
Dr. Daniel Herlemann | Tel.: +49 (0)381 5197 – 356 | daniel.herlemann@iow.de

Originalpublikation:
Conor Christopher Glackin, David Riedinger, Erik Zschaubitz, Lukas Vogel, Theodor Sperlea, Heike Benterbusch, Clara Nietz, Matthias Labrenz (2026): AI-driven forecasting of Vibrio vulnificus in the Southern Baltic Sea using high-resolution data. Water Research 297, 125647. https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125647

Quelle: IOW

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Erstmals entdeckt wurde das Tier 2015 während einer Expedition mit der E/V Nautilus, durchgeführt in Zusammenarbeit mit der Charles Darwin Foundation und der Galápagos-Nationalparkverwaltung. Mithilfe eines ferngesteuerten Unterwasserroboters untersuchte das Team den Meeresboden nahe Darwin Island. In 1.773 Metern Tiefe stieß die Kamera auf den kleinen Oktopus.

„Er ist winzig!“ – „Er ist blau!“

So reagierten die Forschenden laut Tonaufnahmen der Expedition auf den Fund. Das Tier, etwa so groß wie ein Golfball, wurde geborgen und später an der Charles-Darwin-Forschungsstation untersucht. Da unklar war, welcher Art es angehörte, wandten sich die Forschenden an die Oktopus-Expertin Janet Voight vom Field Museum in Chicago.

„Ich wusste sofort, dass es etwas ganz Besonderes war“, sagt Voight, Hauptautorin der Studie, in der die neue Art beschrieben wird. „So etwas hatte ich noch nie gesehen.“

Untersuchung ohne Beschädigung

Ventrale Betrachtung des kleinen Oktopus. (Quelle: © Charles Darwin Foundation)

Forschungsteam der Forschungsstation auf den Galápagos-Inseln konservierte den Körper des Oktopus in Alkohol und Formalin und schickte das Exemplar von den Galápagos-Inseln nach Chicago, damit Voight es im Field Museum untersuchen konnte. Der kleine Oktopus war in der Tat ein Unikat, was für die wissenschaftliche Forschung eine Herausforderung darstellte. Und weil nur ein einziges Exemplar vorlag, wollte das Forschungsteam den seltenen Fund nicht für Untersuchungen beschädigen. Stattdessen nutzten die Wissenschaftler CT-Scans, um die inneren Strukturen sichtbar zu machen. So konnten wichtige anatomische Merkmale untersucht werden, ohne das Tier aufzuschneiden.

„Wenn man eine neue Tintenfischart beschreibt, muss man alle Teile betrachten, einschließlich des Mauls, des Schnabels und der Zähne. Und um diese Dinge zu sehen, muss man das Exemplar aufschneiden. Wir hatten nur dieses eine Exemplar, also wollte ich es nicht auseinandernehmen“, sagt Voight.

Die neue Art trägt den Namen Microeledone galapagensis. Der kleine, gedrungene Tiefsee-Oktopus besitzt kurze Arme mit wenigen Saugnäpfen und weist mehrere ungewöhnliche Merkmale auf. Besonders auffällig sind seine nahezu pigmentfreie Oberseite, die dichte Färbung der inneren Mantelmuskulatur sowie anatomische Besonderheiten, die ihn von verwandten Arten unterscheiden.

Warum der Fund biologisch bedeutsam ist

Die Entdeckung ist auch wissenschaftlich relevant: Bislang galt die Familie der Megaleledonidae als ausschließlich großwüchsig und im Südlichen Ozean beheimatet. Der Fund vor den Galápagos-Inseln stellt diese Einordnung nun infrage und könnte zu einer Neubewertung der gesamten Tiergruppe führen. Die Forschenden vermuten zudem, dass die kurzen Arme und die geringe Zahl an Saugnäpfen evolutionäre Anpassungen darstellen könnten, die mehr Energie für die Fortpflanzung verfügbar machen.

Tiefsee der Galápagos bleibt voller Rätsel

Die Entdeckung zeigt, wie wenig die Tiefsee und damit die Tintenfischfauna rund um die Galápagos-Inseln bisher erforscht ist. Jede neue Art liefert wichtige Hinweise auf verborgene Ökosysteme – und darauf, warum ihr Schutz so entscheidend ist.

Entdeckungen wie diese zeigen, wie wichtig das Zusammenspiel von Wissenschaft und Naturschutz ist, um die Ozeane besser zu verstehen und Schutzgebiete wirksam zu verwalten“, sagt Lorena Sánchez, Direktorin des Galápagos-Nationalparks. „Jede neue Studie hilft, die marine Biodiversität besser zu verstehen – und unterstreicht, wie wichtig der Schutz dieser einzigartigen Ökosysteme für künftige Generationen ist.“

Die Forschungsergebnisse sind auf der Webseite der Fachzeitschrift Zootaxa als Open Access Paper zugänglich.

Quelle: Charles Darwin Foundation

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„Auch wenn sich der Otter bisher noch nicht überall entlang der Lippe etabliert hat, zeigt die Entwicklung deutlich, dass die neu geschaffenen Lebensräume zunehmend angenommen werden. Fischotter brauchen saubere Gewässer, ruhige Ufer und genug Nahrung, weshalb ihr Vorkommen als Indikator für eine gute Gewässerqualität und intakte Ökosysteme gilt“, sagt Gunnar Jacobs, Mitarbeiter beim Lippeverband und Experte für Artenvielfalt.

Renaturierung als Schlüssel

Der Wasserwirtschaftsverband hat in der Vergangenheit zahlreiche Maßnahmen umgesetzt, um das Fluss-System wieder naturnaher zu gestalten: So wurde im Verbandsgebiet die Reinigungsleistung der Klär- und Regenwasserbehandlungsanlagen optimiert und zugleich umfassende Renaturierungsmaßnahmen entlang der Lippe durchgeführt. Dabei wurden Uferbereiche naturnah umgestaltet, befestigte Abschnitte des Flusses wieder geöffnet und außerdem die ökologische Durchgängigkeit des Fluss-Systems verbessert.

Der eurasische Fischotter (Lutra lutra) ist ein semiaquatischer Säuger aus der Familie der Marder (Mustelidae). Er steht in Deutschland nach Bundesnaturschutzgesetz unter strengem Schutz und galt dennoch in Nordrhein-Westfalen jahrzehntelang als ausgestorben. Denn vor allem die starke Flussverschmutzung sowie der Gewässerausbau im Zuge der Industrialisierung hatten seine Lebensbedingungen erheblich verschlechtert.

Die Rückkehr des Fischotters zeigt nun: Die Maßnahmen des Lippeverbandes zum Schutz und zur Renaturierung der Lippe wirken. Denn nicht nur der Fischotter profitiert – auch zahlreiche andere Tier- und Pflanzenarten besiedeln inzwischen die neu geschaffenen Lebensräume. Als Spitzenprädator stärkt der Fischotter zudem das ökologische Gleichgewicht im Fluss. Da er vor allem alte, schwache und kranke Fische frisst, trägt er so aktiv zu gesunden Fischbeständen bei.

Mittendrin in der Forschung

Anlässlich des 100-jährigen Jubiläums des Wasserwirtschaftsverbandes laden der Lippeverband, der NABU NRW und die Landschaftsagentur Plus zum „Tag der lebendigen Lippe“ in Datteln ein. Erstmals im Lippe-Gebiet nehmen Forscher*innen am 11. und 12. Juli die Natur am Haus Vogelsang unter die Lupe. Über 24 Stunden werden Tier- und Pflanzenarten gesichtet und dokumentiert, um die Artenvielfalt zu analysieren.
Am 12. Juli von 11.00 bis 17.00 Uhr können auch Besucherinnen selbst forschen. Spannende Mitmach-Aktionen für Klein und Groß laden dazu ein, die Flusslandschaft zu erkunden – etwa beim Keschern, am Mikroskop oder beim Basteln von Saatkugeln. Darüber hinaus bieten Expertinnen Führungen an. Themen sind unter anderem die Umbaumaßnahmen an der Lippe sowie Amphibien und Vögel.

Quelle: Emschergenossenschaft / Lippeverband

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Sauberes Trinkwasser ist keine Selbstverständlichkeit, auch wenn wir es im Alltag oft so behandeln. Einer der Gründe dafür ist Nitrat, eine Verbindung, ohne die die moderne Landwirtschaft nicht denkbar wäre und die zugleich in vielen Regionen zu einem Problem für Umwelt und Gesundheit wird.

„Konventionelle Verfahren wie Ionentausch, Osmose oder klassische Filtration dienen zwar als Ausgangspunkt für die Entfernung von Nitrat aus dem Wasser, führen jedoch meist nur zu einer Verlagerung der Schadstoffe in konzentrierte Nebenströme“, erläutert Markus Gallei, Professor für Polymerchemie an der Universität des Saarlandes, den Status quo.

Nicht nur aus dem Wasser entfernen

Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Universität Graz (federführend: Prof. Jörg Schachner, Institut für Chemie) verfolgen er und sein Team nun einen neuartigen Ansatz, um das Nitrat nicht nur aus dem Wasser zu entfernen, sondern es gleich ganz aus der Welt zu schaffen: In Graz wurde im Rahmen eines ersten vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekts „Catalytic reduction of nitrate and beyond with non-biological Oxidorhenium(V) complexes“ bereits in den vergangenen Jahren gezeigt, dass sich mit einer besonderen Klasse von Rhenium-Metallkomplexen Perchlorat selektiv zu harmloseren Produkten wie Chlorid und auch Nitrat reduzieren lassen, idealerweise sogar zu Stickstoff.

„Besonders interessant ist dabei, dass diese Katalysatoren gegenüber Luft und Wasser stabil bleiben und damit für diese Reaktion ein ungewöhnlich robustes Profil aufweisen“, erklärt Markus Gallei.

Schadstoffe in unbedenkliche Substanzen überführen

In einem zweiten, aktuell geförderten Projekt mit der Bezeichnung „Aqueous catalysis with Oxidorhenium(V) Complexes“ wird diese Chemie gezielt weiterentwickelt, so dass sie letztendlich auch in wässrigen Systemen funktionieren kann.

„Während diese neuen vielversprechenden Verbindungen in Graz weiterentwickelt werden, entwickeln wir in der Polymerchemie an der Universität des Saarlandes poröse Membranen, die als Durchflussreaktoren in Wasser zum Einsatz kommen“, so Professor Gallei über das Ziel des saarländischen Projektteils.

Ziel ist es, die chemischen Katalysatoren so in die Membranen zu integrieren, dass die Reaktion direkt im Material und unter kontinuierlichen Strömungsbedingungen abläuft, so dass sich die Schadstoffe im Wasser in unbedenkliche Substanzen überführen lassen.

„Hinter all dem steht letztlich eine einzige Frage: Kann das Material mehr leisten als trennen? Wir denken: ja – und arbeiten daran, es zu zeigen“, erklärt Professor Gallei.

Das Projekt „Aqueous catalysis with Oxidorhenium(V) Complexes“ läuft seit Anfang März 2026. Es wird bis Anfang März 2029 mit 444.500 Euro vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) gefördert.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Markus Gallei, markus.gallei@uni-saarland.de

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Wasser ist das wohl wichtigste Molekül auf der Erde. Grenzflächen von Wasser spielen eine entscheidende Rolle bei zahlreichen Prozessen in der Physiologie, an der Meeresoberfläche und in der Atmosphäre. Bei diesen Prozessen bestimmt vor allem der unglaublich dünne Wasserbereich direkt an der Grenze ihr Verhalten. Entscheidend ist, dass allein die Existenz der Grenzfläche die Molekülstruktur des Wassers stört und spezifische Anordnungen sowie ein verändertes Netzwerk aus Wasserstoffbrücken erzeugt, was zu grundlegend geänderten Eigenschaften des Wassers in dieser Schicht führt. Obwohl diese einzigartigen Strukturen den Kern vieler Grenzflächenphänomene bilden, ist ihre Charakterisierung enorm schwierig.

Die extrem dünne Grenzflächenbereich des Wassers

Der Grenzflächenbereich des Wassers ist unglaublich dünn (~8 Angström) und besteht nur aus etwa vier Schichten von Wassermolekülen. Unterhalb dieser Grenzschicht nimmt das Wasser seine regulären Eigenschaften an. Um Einzelheiten über die molekulare Struktur des Wassers in der Grenzschicht herauszufinden, müssen Forschende genau diese ersten vier Wasserschichten untersuchen und Informationen über die molekulare Anordnung in jeder einzelnen davon gewinnen. Bislang war die Realisierung entsprechender Experimente jedoch nicht möglich, sodass die genaue molekulare Struktur des Wassers in der Grenzschicht trotz jahrzehntelanger intensiver Forschung unbekannt bleibt.

Tiefenaufgelöste Schwingungsspektroskopie in Kombination mit Simulationen

Das Forschungsteam am Fritz-Haber-Institut meisterte diese Herausforderung mithilfe seiner kürzlich entwickelten tiefenaufgelösten Schwingungsspektroskopie, bei der die Wasseroberfläche mit einer Kombination aus Infrarot- und sichtbaren Lasern bestrahlt wird, um nichtlineare Schwingungen in den Wassermolekülen anzuregen. Dabei entstehen zwei neue Laserstrahlen mit unterschiedlichen Frequenzen im sichtbaren Bereich, die sogenannten Summen- und Differenzfrequenzsignale.

Durch die Ausnutzung kleiner Unterschiede in der Phase und Amplitude dieser Signale gelang es dem Team, präzise Tiefeninformationen zu gewinnen und die Schwingungssignale aus dem Grenzflächenbereich des Wassers zu isolieren. Die resultierenden Spektren wurden anschließend mit umfangreichen Computersimulationen des Teams der FU Berlin kombiniert, um ein klares Bild der Ausrichtungen der Wassermoleküle im Grenzflächenbereich zu erhalten.

Mithilfe dieses kombinierten Ansatzes und ihrer neuartigen experimentellen Technik konnten die Forschenden zeigen, dass die Wassermoleküle in den ersten vier Schichten eine sehr klar definierte Anordnung annehmen, bei der sich die Kipp- und Twistwinkel der Moleküle von Schicht zu Schicht abwechseln. Der Kippwinkel ist dabei als Winkel zwischen dem Wasserdipol und der Oberflächennormalen definiert, während der molekulare Twistwinkel eine Drehung um die Dipolachse beschreibt.

Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse konnte das Forschungsteam zeigen, dass die gängige Strukturanalyse von Grenzflächenwasser, in der die Moleküle als „nach oben oder unten“ gerichtet beschrieben werden, weitgehend unzureichend ist. Sie heben die Bedeutung der bislang vernachlässigten, tiefenabhängigen Verteilung des molekularen Twistwinkels an der Grenzfläche zur Luft hervor. Dies führt zu einem revidierten Bild von der Struktur des Wassers an Grenzflächen, was wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Vorgänge an wässrigen Grenzflächen hat.

Zusammenarbeit zwischen FHI und FU Berlin

Diese Studie belegt die sehr ergiebige Zusammenarbeit zwischen verschiedenen wissenschaftlichen Institutionen in Berlin (FHI und der FU Berlin), bei der theoretisches und experimentelles Fachwissen gebündelt wird, um lange bestehende Forschungsfragen zu klären. Die Autoren planen, ihre Untersuchungen auf ein breiteres Spektrum wässriger Grenzflächen auszuweiten, darunter auch solche in elektrochemischen Bauelementen wie Batterien.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Martin Thämer, thaemer@fhi-berlin.mpg.de

Originalpublikation:
Alexander P. Fellows et al., The importance of layer-dependent molecular twisting for the structural anisotropy of interfacial water.Sci. Adv.12,eadz5505(2026).DOI:10.1126/sciadv.adz5505

Quelle: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft

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Das Team vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) und vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (Leibniz-IGB) untersuchte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Potsdam und Wien Wasser- und Sedimentproben aus dem Weißen See und dem Müggelsee in Berlin, dem Stechlinsee und dem Dagowsee in Brandenburg, dem Haussee in Mecklenburg-Vorpommern, aus einem Teich inmitten von Feldern in Brandenburg sowie aus dem Zu- und Abfluss einer großen Wasseraufbereitungsanlage in Berlin. Anschließend wurde die DNA der in den Proben vorhandenen Bakterien untersucht. Die dabei entdeckten Antibiotika-Resistenzgene (ARG) wurden sogenannten Resistenzgen-Klassen zugeordnet. Dafür setzten die Forschenden unterschiedliche bioinformatische Methoden und genetische Datenbanken ein.

„Dieser breite methodische Ansatz erlaubte es uns, im Erbgut der in den Proben vorkommenden Bakterienarten jene Gene zu identifizieren, die für Antibiotikaresistenzen verantwortlich sind“, erklärt Pau de Yebra Rodó, Erstautor der Studie und Doktorand am Leibniz-IZW und am Leibniz-IGB. „Die nachgewiesenen Resistenzgene gekörten zu insgesamt 18 Klassen dieser Resistenzgene – in unterschiedlicher Vielfalt und Häufigkeit an den verschiedenen Standorten.“

Spur der bakteriellen Antibiotika-Resistenzgene auch nach Wasseraufbereitung noch überdeutlich

Im Zufluss der Wasseraufbereitungsanlage kamen Antibiotika-Resistenzgene aller 18 Resistenzgen-Klassen vor, im Abfluss immerhin noch 16, wenngleich auch in etwas reduzierter Häufigkeit. Die Aufbereitung konnte offenkundig nur die ARGs zweier Resistenzgen-Klassen entfernen oder ausreichend stark verdünnen (ARGs gegen Glykopeptid-Antibiotika und gegen Nitroimidazole), alle anderen Resistenzgen-Klassen waren im aufbereiteten Wasser weiterhin vertreten. An zweiter Stelle im Ranking rangieren die städtischen Gewässer: im Oberflächenwasser des Müggelsees wurden neun Klassen von antibiotikaresistenten Genen nachgewiesen, im Sediment des Weißen Sees – also Bodenschichten, die Oberflächen- und Grundwasser filtern – waren es noch neun. Hingegen waren die Oberflächenwasser des Haussees, des Stechlinsees und des Dagowsees frei von nachweisbaren ARGs.

„Interessant und besorgniserregend ist hingegen der Nachweis von bakteriellen Resistenzgenen in Sedimentproben der Seen im ländlichen Raum“, sagt Prof. Alex Greenwood, Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten am Leibniz-IZW und Seniorautor der Studie. „Wassernahe Bodenschichten speichern offenbar Belastungen mit antibiotikaresistenten Bakterien und halten diese in der Umwelt vor, auch wenn das Oberflächenwasser keine nachweisbare Belastung (mehr) aufweist.“

Insbesondere Vertreter der gegen Aminoglykosid-Antibiotika gerichteten Resistenzgen-Klasse waren in den Sedimenten in höherer Gesamtlast präsent als im Wasser.

Teiche im ländlichen Raum sind ebenfalls stark belastet

In den Wasserproben des inmitten von Feldern im westlichen Brandenburg gelegenen Teiches wurden mit lediglich sechs zwar weniger unterschiedliche Resistenzgen-Klassen nachgewiesen als im Müggelsee-Wasser und in den Zu- und Abflüssen der Aufbereitungsanlage, es waren aber mehr als im Wasser von Stechlinsee, Haussee oder Dagowsee. Die Resistenzgen-Klassen der Teichbakterien deckten sich größtenteils mit jenen, die auch in den städtischen Gewässern nachgewiesen wurden: Aminoglykoside, Phenicole and Tetracycline. Dies sind Antibiotika, die sowohl beim Menschen als auch in der Nutztierhaltung eingesetzt und durch menschliche und landwirtschaftliche Abwässer in die Umwelt eingetragen werden.

Dass bei städtischen Gewässern nicht nur deren unmittelbare Nähe zu menschlichen Siedlungen für den Eintrag antibiotika-resistenter Bakterien entscheidend ist (in dieser Hinsicht sind sich Müggelsee, Weißer See und Haussee relativ ähnlich), sondern auch die Intensität der Gewässernutzung, berichtet Prof. Hans-Peter Grossart, Leiter der Abteilung für Plankton- und Mikrobielle Ökologie am Leibniz-IGB. „Im Wasser des Müggelsees wurden erheblich mehr Resistenzgen-Klassen nachgewiesen als in den beiden anderen städtischen Seen, was sehr wahrscheinlich an der intensiveren Nutzung durch die Fischerei, den Schifffahrtsbetrieb und viele Badende liegt.“

Weitere Studien sind erforderlich

Antibiotikaresistente Bakterien werden in medizinischen Fachkreisen als große globale gesundheitliche Herausforderung angesehen.

„Mit unserer Forschung versuchen wir zu verstehen, wie sich antibiotikaresistente Bakterien in der Umwelt verbreiten und dort möglicherweise auch längerfristig überdauern“, fasst de Yebra Rodó zusammen. „Der Eintrag durch menschliche Aktivitäten ist sicher die Hauptquelle für ARG-tragenden Bakterien in der Umwelt. Dies geschieht vor allem über das Abwasser von Krankhäusern, landwirtschaftlichen Betrieben und privaten Haushalten.“

In ihrer Studie sahen sich die Forschenden mit großen methodischen Herausforderungen konfrontiert. So konnten sie im Vergleichen zwischen Wasserproben, Proben aus Sedimenten und Proben aus der Wasseraufbereitungsanlage unterschiedliche Sequenzierungstiefen (ein Gütegrad der DNA-Analyse) erzielen. Die gefundenen Unterschiede in der Vielfalt und Häufigkeit der Resistenzgene in den Bakteriengenomen waren jedoch groß genug, um belastbare Aussagen zuzulassen. Weitere Studien, die ein breiteres Spektrum an Gewässern, mehr Proben pro Gewässer und einen längeren Zeitraum umfassen, seien jedoch erforderlich, um Unterschiede in den bakteriellen Antibiotikaresistenzprofilen städtischer und ländlicher Süßwasserökosystemen genauer charakterisieren zu können.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Pau de Yebra Rodó
Doktorand in der Abteilung für Wildtierkrankheiten
rodoizwpau@gmail.com

Prof. Dr. Alex D. Greenwood
Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten
Telefon: +49(0)30 5168255
greenwood@izw-berlin.de

Originalpublikation:
De Yebra P, Zoccarato L, Galdindo JA, Numberger D, Abdulkadir N, Grossart HP, Greenwood AD (2026): Diversity of antibiotic resistance genes increases in urbanized lakes: a multi-tool screening. iScience 115892. DOI: 10.1016/j.isci.2026.115892

Quelle: Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) im Forschungsverbund Berlin e.V.

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Wie gut moderne KI-Wettermodelle extreme Hitze-, Kälte- und Windereignisse vorhersagen, die bisherige historische Rekorde übertreffen, haben Forschende um Dr. Zhongwei Zhang am Institut für Statistik des KIT untersucht. Das Ergebnis: Bei diesen außergewöhnlichen Wetterbedingungen ist das physikbasierte hochauflösende Modell HRES des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage den derzeit führenden KI-Modellen durchweg überlegen.

KI unterschätzt Rekorde systematisch

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verglichen mehrere etablierte KI-Modelle – darunter GraphCast, Pangu Weather und Fuxi – mit dem numerischen, physikbasierten Referenzmodell HRES. Während KI-Modelle bei der Gesamtbewertung aller Wetterlagen gut abschneiden, zeigen sie bei Rekordereignissen durchweg größere Prognosefehler auf. Insbesondere unterschätzen sie sowohl die Intensität als auch die Häufigkeit extremer Ereignisse.

„Unsere Analysen zeigen, dass KI-Modelle die Intensität von Hitze-, Kälte- und Windrekorden generell unterschätzen“, erklärt Zhang. „Je stärker ein Rekord vorherige Extremwerte übertrifft, desto größer ist die Unterschätzung.“

Grenzen neuronaler Netze

Die Ursache sehen die Forschenden in einer grundsätzlichen Einschränkung datengetriebener Modelle: KI-Systeme lernen aus historischen Daten und sind besonders gut darin, Wettermuster vorherzusagen, die bereits beobachteten Situationen ähneln. Rekordereignisse liegen jedoch per Definition außerhalb der bisherigen Beobachtungen.

„Neuronale Netze haben Schwierigkeiten, verlässlich über ihren Trainingsbereich hinaus zu extrapolieren – also Vorhersagen jenseits der bisher beobachteten Werte zu treffen“, sagt Professor Sebastian Engelke, von der Universität Genf und der frühere Betreuer von Zhongwei Zhang. „Physikalische Modelle wie HRES basieren dagegen auf grundlegenden Gesetzen der Physik. Dies stellt sicher, dass ihre Vorhersagen auch dann noch zuverlässig sind, wenn die Atmosphäre in Zustände übergeht, die noch nicht beobachtet wurden.“

Gerade in einem sich rasch erwärmenden Klima treten solche rekordverdächtigen Wetterlagen immer häufiger auf – mit teils schwerwiegenden Folgen für Gesundheit, Infrastruktur und Wirtschaft.

Bedeutung für Frühwarnsysteme

Die Ergebnisse sind insbesondere für Frühwarnsysteme und das Katastrophenmanagement relevant. Eine systematische Unterschätzung extremer Ereignisse kann dazu führen, dass Warnungen zu spät oder gar nicht ausgesprochen werden. Die Autorinnen und Autoren der Studie betonen daher, dass KI-Wettermodelle derzeit klassische numerische Vorhersagen nicht ersetzen können.

„Für risikoreiche Anwendungen sollte man sich nicht ausschließlich auf KI verlassen“, stellt Zhang fest.

Stattdessen empfehlen die Forschenden einen parallelen Einsatz beider Ansätze sowie weitere Forschung an hybriden Modellen und physikinformierten neuronalen Netzen, die physikalisches Wissen mit KI-Methoden kombinieren.

Perspektiven für verbesserte KI-Modelle

Die Studie zeigt zugleich Wege auf, wie KI-Wettervorhersagen künftig robuster werden könnten. Dazu zählen unter anderem eine gezielte Anreicherung der Trainingsdaten mit simulierten Extremereignissen, neue Trainingsmethoden aus der Extremwertstatistik sowie hybride Modellansätze. Bis dahin bleibt die zentrale Botschaft:

„KI ist ein leistungsstarkes Werkzeug für die Wettervorhersage – bei den extremsten und potenziell gefährlichsten Ereignissen sind physikalische Modelle jedoch weiterhin unverzichtbar“, so Engelke.

An der Studie waren auch Forschende der ETH Zürich, des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung, der Technischen Universität Dresden und der Universität Genf beteiligt.

Originalpublikation
Zhongwei Zhang, Erich Fischer, Jakob Zscheischler and Sebastian Engelke: Physics-based models outperform AI weather forecasts of record-breaking extremes. Science Advances, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aec1433.

Quelle: KIT

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Der riesige menschenleere Südpazifik gilt als unberührte Natur. Doch so unberührt, wie wir gern glauben, ist dieser Ozean nicht. Das zeigt eine neue Studie einer Gruppe von Forschenden der ETH Zürich und des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel.

Die Forschenden weisen nämlich nach, dass Zink, das beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen und durch Industrieabgase freigesetzt wird, die entlegensten Winkel des Meeres erreicht hat. Das Zink aus menschlichen Quellen ist in diesen Gewässern mittlerweile viel häufiger als das aus natürlichen Quellen.

„Es gibt keine unberührte Natur mehr, nicht mal mehr im Südpazifik, der so weit entfernt von der nächsten Zivilisation ist wie die Astronauten der Internationalen Raumstation“, sagt Tal Ben Altabet, der Erstautor der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth and Environment erschienen ist. Ben Altabet ist Postdoc in der Gruppe von Derek Vance, Professor für Geochemie an der ETH Zürich.

Zink und andere Metalle gelangen bei der Verbrennung von Öl und Kohle sowie bei der Metallverhüttung in die Atmosphäre. Dabei heften sich die ausgestossenen Metalle an winzige Aerosole in der Luft. Die Partikel können Tausende von Kilometern zurücklegen, ehe sie sich auf der Oberfläche des offenen Ozeans absetzen. Auf diesem Weg können atmosphärische Aerosole Metalle aus Industriegebieten bis in die entlegensten Meere transportieren.

Plankton braucht Zink

Zink und andere Spurenelemente wie Eisen und Kupfer sind für das Leben im Meer essenziell. Insbesondere brauchen mikroskopisch kleine Algen, das Phytoplankton, Zink bei der Photosynthese. Durch diesen Prozess nimmt das Phytoplankton Kohlendioxid auf und produziert daraus organische Substanzen und Sauerstoff. Somit spielen die winzigen grünen Algen eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Erdklimas.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler:innen begonnen, nicht nur die Konzentrationen der Spurenmetalle im Meerwasser zu messen, sondern auch deren Isotopenzusammensetzung.

Isotope sind Varianten eines Elements, die unterschiedlich schwer sind. Ihr Verhältnis bildet einen chemischen Fingerabdruck. Die Isotopen-Fingerabdrücke helfen, Metallquellen zu identifizieren und den Prozess, den sie im Meer durchlaufen, nachzuverfolgen. Meerwasser ist natürlicherweise relativ stark mit schwereren Isotopen wie Zink-66 angereichert, während Emissionen aus menschlichen Quellen typischerweise reich an leichteren Isotopen wie Zink-64 sind.

In den letzten zehn Jahren haben sich Meeresgeochemiker:innen intensiv mit einem ungewöhnlichen Isotopen-Fingerabdruck in der oberen Meeresschicht befasst. Einige Forschende schrieben diese Anomalien natürlichen Prozessen im Ozean zu, wie beispielsweise die Anlagerung von Zink an Partikel im Meerwasser. Vor kurzem vermuteten andere, dass die Anomalien den Eintrag von Zink aus menschlichen Quellen durch Aerosole widerspiegeln.

Aerosole transportieren Zink zum Südpazifik

Um diese Fragen zu klären, untersuchten die ETH-Forschenden um Ben Altabet eine der abgelegensten Meeresregionen der Erde, den Südpazifik. Würde man die Signatur von Zink aus menschlichen Emissionen feststellen, würde dies verdeutlichen, wie weit die Umweltverschmutzung durch den Menschen fortgeschritten ist.

Das Team verfolgte dabei einen neuartigen Ansatz: Anstatt nur das im Meerwasser gelöste Zink zu analysieren, untersuchten sie auch die Isotopenzusammensetzung von Zink in Meerespartikeln sowie in atmosphärischen Aerosolen. Um menschliche Quellen besser zu identifizieren, massen die Forschenden zusätzlich die Isotopenzusammensetzung von Blei – einem etablierten Indikator für Umweltverschmutzung.

Fast nur Zink aus menschlichen Quellen nachweisbar

Die Ergebnisse der Studie waren eindeutig: Die Forschenden fanden in den oberen Wasserschichten des Südpazifiks, dass Zink aus menschlichen Emissionen stammt und mittels Aerosolen hierhergelangt. Spuren von Zink aus natürlichen Quellen waren hingegen fast nicht nachweisbar.

„Praktisch das gesamte Zink in den Partikeln aus den Oberflächengewässern des Südpazifik ist unnatürlich. Diese Ergebnisse zeigen, dass selbst Elemente, die bisher als nicht stark von menschlichen Aktivitäten beeinflusst galten, mittlerweile von industrieller Verschmutzung dominiert werden, die die abgelegensten Teile des offenen Ozeans erreicht hat“, sagt Ben Altabet

Kreislauf aus der Balance?

Natürlicherweise ist die oberste Meeresschicht eher arm an Zink und anderen Spurenmetallen, da diese durch das Phytoplankton aufgezehrt werden. Damit das Phytoplankton gedeihen kann, müssen diese Mikronährstoffe im passenden Verhältnis im Meerwasser vorhanden sein.

Die Forschenden rechnen damit, dass die stetige Zunahme von menschgemachten Metall-Emissionen das sensible Nährstoffgleichgewicht stören könnte. Wie das Phytoplankton darauf reagieren wird, ist jedoch schwierig vorherzusagen. Werden zusätzliche Metalle wie Zink, Eisen, Kupfer und Cadmium – alle zeigen Anzeichen einer Anreicherung im Meerwasser aufgrund menschlicher Aktivitäten – in die Meere eingetragen, könnte sich die Verfügbarkeit der Nährstoffe verändern, was sich auf die gesamte Meeresnahrungskette auswirken könnte.

Andere Meere auf Zink-Isotope untersuchen

Mit weiteren Studien wollen die Forschenden nun herausfinden, wie die Isotopen-Zusammensetzung von Zink und weiteren biologisch essenziellen Metallen wie Eisen und Kupfer in marinen Partikeln aus anderen Meeren ist.

„Nur wenn wir verschiedene Meeressysteme untersucht haben, werden wir verstehen, wie sich Spurenmetalle über den gesamten Ozean betrachtet verhalten und wie Meeresorganismen auf Verschiebungen des Nährstoffgleichgewichts reagieren“, erklärt Ben Altabet.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Tal Ben Altabet, ETH Zürich, tal.benaltabet@eaps.ethz.ch

Originalpublikation:
Benaltabet T, Gosnell KJ, de Souza GF et al. Pervasive contamination of the remote open ocean with anthropogenic zinc. Commun Earth Environ 7, 373, 25. März 2026, DOI: 10.1038/s43247-026-03425-y

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Die Wasserwirtschaft hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte bei Digitalisierung und Automatisierung gemacht. Sensoren erfassen Pegelstände, Modelle prognostizieren Abflüsse – alles funktioniert einwandfrei, solange Normalbetrieb herrscht. Doch historische Daten spiegeln Extremereignisse wie Starkregen nur selten wider. Messkampagnen sind kostspielig, die Ergebnisse oft nicht öffentlich zugänglich. So manövrieren Kommunen im Blindflug durch wachsende Klimarisiken – und tragen die Konsequenzen.

Generative KI-Modelle lösen dieses Datenrätsel. Sie lernen reale Verteilungen und generieren synthetische Zeitreihen, die auch seltene Extreme plausibel abbilden. Forschungsergebnisse zeigen: Solche Daten steigern die Präzision von Vorhersagemodellen deutlich. Manche erreichen mit ausschließlich KI-generierten Daten gar die Qualität realer Messreihen. Für Städte bedeutet das: Zuverlässigere Vorsorge.
DFKI-Forschung unter Prof. Dengel: Praxis statt Theorie

Am DFKI in Kaiserslautern treibt Prof. Andreas Dengel als Geschäftsführender Direktor und Leiter des Bereichs „Smarte Daten & Wissensdienste“ diese Ansätze voran, gemeinsam mit den anderen ansässigen Forschungsbereichen. So testen Forschende KI-Systeme direkt am Abwassersystem der Stadt und knüpfen Kooperationen mit bundesweiten Institutionen.

„Infrastrukturen werden für Extreme gebaut, aber mit Durchschnittsdaten betrieben. KI ermöglicht die Simulation solcher Ereignisse vorab – ein entscheidender Schritt zu klimaresistenten Städten.“
Prof. Andreas Dengel, Geschäftsführender Direktor DFKI Kaiserslautern

Dies stärkt nicht nur Hydrologie und Gewässergüte, sondern liefert auch Politik und Verwaltung handfeste Handlungsoptionen.

Von Technik zu verantwortungsvoller Politik

KI ersetzt keine Ingenieure, wohl aber fehlende Daten. Sie macht digitale Zwillinge resilienter gegen Klimastress. Die eigentliche Frage ist politischer Natur: Sollen Städte reaktiv aus Schaden lernen – oder vorausschauend aus simulierten Szenarien planen? Synthetische Daten rüsten Kommunen auch bei knappen Budgets besser aus. Im Klimawandel ist das keine Option, sondern Pflicht.

Quelle: DFKI

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Flüsse sind Lebensraum, Wasserquelle und prägen ganze Kulturräume. Entsprechend negativ sind die Folgen vor Ort, wenn Landwirtschaft und Industrie Flusssysteme belasten.

„Flüsse beeinflussen zudem maßgeblich das globale Klimasystem“, sagt Dr. Ralf Kiese vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMKIFU), dem Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen. „Wir beobachten zunehmend, dass Flüsse zu einer signifikanten Quelle für Treibhausgase werden.“

Ursache sind vor allem mikrobielle biogeochemische Prozesse: Gelangen organischer Kohlenstoff und Nährstoffe aus der Landwirtschaft oder aus Abwässern in Flüsse, werden sie dort in Kohlendioxid, Lachgas und Methan umgesetzt – Treibhausgase, die dann in der Atmosphäre ihre Wirkung entfalten.

Angelernte Modelle erweitern Datensatz

Um diese Entwicklungen erstmals weltweit zu quantifizieren, kombinierten die Forschenden Messdaten mit Satellitenbeobachtungen und Methoden des Maschinellen Lernens. Grundlage waren Messdaten zu Wasserparametern aus über 1 000 Flussstandorten. Diese verknüpften sie mit global verfügbaren Satelliteninformationen zu Vegetation, Strahlung und Topografie. Die Modelle lernten daraus, wie sich diese Umweltfaktoren auf Wassertemperatur, Sauerstoffgehalt und die Anreicherung von Treibhausgaskonzentrationen auswirken. Anschließend übertrugen die Forschenden diese Zusammenhänge auf mehr als 5 000 weitere Einzugsgebiete weltweit und rekonstruierten so erstmals konsistente Zeitreihen von 2002 bis 2022 – auch für Regionen ohne Messdaten.

Die Auswertungen zeigen klare globale Trends: Flüsse erwärmen sich, verlieren Sauerstoff und sind zunehmend mit Treibhausgasen übersättigt.

„Im Mittel sinkt der Sauerstoffgehalt um 0,058 Milligramm pro Liter und Jahrzehnt – also deutlich schneller als in Seen und Ozeanen. Gleichzeitig steigen die Emissionen von Kohlend ioxid, Methan und Lachgas an“, sagt Dr. Ricky Mwanake vom IMKIFU, der die Berechnungen maßgeblich durchgeführt hat. „Insgesamt schätzen wir die zusätzlichen anthropogenen Emissionen aus Flüssen auf etwa 1,5 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalent im Untersuchungszeitraum von 2002 bis 2022. Diese zusätzlichen Emissionen waren in den derzeitigen globalen Treibhausgasbudgets nicht berücksichtigt worden.“

Anstieg der Emissionen durch Landnutzung

Besonders dynamische Veränderungen zeigen sich in Regionen mit wachsender landwirtschaftlicher Nutzung und Urbanisierung. Dort treffen steigende Wassertemperaturen auf erhöhte Einträge von Nährstoffen und organischem Kohlenstoff. Durch beschleunigte mikrobielle Prozesse entstehen dabei Hotspots, in denen sich Belastungen gegenseitig verstärken und sich Treibhausgase im Gewässer anreichern. Dadurch können Flüsse zu besonders starken Emittenten von Treibhausgasen werden.

„Gelingt es, diese Stoffeinträge zu reduzieren und Flüsse besser zu schützen, lässt sich dieser Effekt umkehren“, sagt Mwanake. „Somit ist der Schutz von Flüssen immer auch aktiver Klimaschutz.“

Originalpublikation
Ricky Mwangada Mwanake, Elizabeth Gachibu Wangari, Ralf Kiese: Rising Global Riverine Deoxygenation Rates and GHG Emissions Driven by the Synergistic Effects of Warming and Anthropogenic Land Use Expansion, Global Change Biology, 2026 DOI: 10.1111/gcb.70828

Quelle: KIT

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Im Sommer 2022 führte eine toxische Algenblüte zu einem massiven Fischsterben in der Oder. Bedingt durch erhöhte Salzgehalte, hohe Wassertemperaturen und niedrige Wasserstände vermehrten sich die giftigen Algen unkontrolliert und verursachten diese Umweltkatastrophe. Solche Naturgefahren zukünftig einzudämmen, gehört zu den Zielen des Zukunftslabors Wasser.

Die Forschenden untersuchten Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), mit denen Wasserdaten in Echtzeit ausgewertet werden können. Als Datengrundlage verwendeten die Forschenden Datensätze einer Fähre, die 2023 und 2024 zwischen Kiel und Oslo pendelte. Die Fähre verfügte über Sensoren zur Messung der Wassertemperatur, des Sauerstoff- und Salzgehaltes des Wassers sowie zur Messung von Chlorophyll A (Molekül, das die Photosynthese antreibt). Diese Daten werteten die Forschenden des Zukunftslabors Wassers mittels KI aus, da sie Aufschluss über eine starke, unnatürliche Vermehrung von Algen geben können.

„Im ersten Schritt haben wir die Wasserdaten mithilfe verschiedener KI-Modelle ausgewertet, um Auffälligkeiten zu identifizieren. Die Herausforderung bestand darin, die Daten in Echtzeit auszuwerten. Denn im zweiten Schritt wollen wir einen Autosampler – also ein Gerät zu Entnahme von Wasserproben – ansteuern können. Dieser soll perspektivisch in der Lage sein, während der Fahrt automatisiert Wasserproben an den Stellen zu entnehmen, an denen die KI eine Algenblüte ermittelt. Die Wasserproben können dann anschließend im Labor ausgewertet werden, um einen kritischen Algenbestand zu prüfen.“ erklärte Daniel Lukats, Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, Marine Perception.

KI als Stütze – trotz Schwierigkeiten

Die Forschenden testeten verschiedene KI-Modelle, um deren mögliche Verwendung für diesen Einsatzzweck zu prüfen. Dabei schlossen sie Modelle aus, die nicht zur Echtzeitauswertung geeignet sind oder die Messreihen fälschlicherweise glatt ziehen. Für die potenziell geeigneten Modelle definierten sie Trainings- und Testdaten, um die Modelle anlernen und ihre Ergebnisse überprüfen zu können.

Beim Training der KI-Modelle stießen die Forschenden auf verschiedene Herausforderungen. Zum einen hatten manche Modelle überraschende Schwierigkeiten mit völlig natürlichen Prozessen, wie etwa der Variation des Sauerstoffgehaltes im Wasser zwischen Tag und Nacht. Zum anderen gab es 2023 insgesamt 30 Gebiete mit erhöhtem Algenaufkommen, in 2024 waren es 90 Gebiete. Darüber hinaus unterschieden sich die Algengebiete in ihrem Ausmaß: Die Fähre benötigte neun Minuten, um das kleinste Algengebiet zu passieren, und mehrere Stunden, um das größte Gebiet zu durchqueren. Auch diese Variationen in den Trainingsdatensätzen bereiteten einigen KI-Modellen Schwierigkeiten. Die Forschenden legten die Trainings- und Testdaten so fest, dass beide Datensätze diese Variationen enthielten, um die Auswertungen der KI-Modelle ausreichend überprüfen zu können.

Echtzeit-Einsatz bei erfolgreicher Laborprüfung

Um die Zuverlässigkeit der verschiedenen KI-Modelle zu ermitteln, definierten die Forschenden zudem folgende Zielmetriken: Wie viel Zeit benötigt die KI für die Datenauswertung und ist sie somit für die Echtzeitanalyse geeignet? Wie viele Algenblüten hat sie richtig/falsch identifiziert? Wie viele Algenblüten hat die KI verpasst? Auf diese Weise ermittelten die Forschenden passende KI-Modelle.

„Wir führen unsere Forschung am Beispiel der Algenblüte durch. Dabei gewinnen wir aber grundlegende Kenntnisse zur KI-basierten Datenauswertung in Echtzeit. Diese Erkenntnisse können auf andere Anwendungsgebiete übertragen werden, in der die Echtzeitanalyse eine Rolle spielt. Denkbar wären z. B. Hitzewellen im Meer oder Schadstoffeinträge in Flüssen.“ sagte Daniel Lukats.

Zukünftig werden die Forschenden überprüfen, ob die Entnahme der Wasserprobe auf Basis der KI-Auswertung erfolgreich verläuft. Dazu werden sie simulieren, wie dem Datensatz eine Probe entnommen wird. Anschließend werden sie am Rechner prüfen, ob diese Probe tatsächlich auf eine erhöhte Algendichte hinweist. Wenn dieser theoretische Test erfolgreich verläuft, kann er perspektivisch auch in der Realität durchgeführt werden – also während die Fähre die Ostsee durchquert. Solche Tests in der Realität sind aufwendig und kostenintensiv. Daher sollten sie erst stattfinden, wenn im Labor alles reibungslos verläuft.

Quelle: ZDIN-Zukunftslabor Wasser

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