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.

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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.

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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

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

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Joachim Reitner zeigt, wie globale Eiszeiten, Sauerstoff, Ozeanchemie und Mikroben die Entwicklung des Lebens geprägt haben.

© Urknall, Weltall und das Leben

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.

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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

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

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Das Schulsystem steckt fest, gute Ideen versanden am laufenden Band, kritisiert Ekkehard Thümler. Im Interview erklärt der Transformationsforscher, wo man Erneuerung lernen kann.

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Er ist der Denker hinter den Social-Media-Verboten für unter 16-Jährige. Hier begegnet er dem Vorwurf, dafür gebe es zu wenig Evidenz. Und sagt, was er Erwachsenen rät.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.“

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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

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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.

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Quelle: ZDIN-Zukunftslabor Wasser

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Flüsse, Auen und Feuchtgebiete übernehmen essenzielle Funktionen wie Wasserreinigung, Hochwasserschutz und Lebensraum für zahlreiche Arten. Dennoch sind sie durch menschliche Eingriffe wie Verschmutzung, Flussregulierungen und Landnutzungsänderungen massiv beeinträchtigt. Obwohl sogenannte naturbasierte Lösungen (Nature-based Solutions, NbS) als vielversprechender Ansatz gelten, bleibt ihre Umsetzung bislang oft lokal begrenzt und fragmentiert, mit entsprechend begrenzter Wirkung.

Fünf Bausteine für die Renaturierung

Die Studie basiert auf der Auswertung von 18 Renaturierungsmaßnahmen in Europa, die im Rahmen des EU-geförderten MERLIN-Projekt umgesetzt wurden. Das Projekt wird von der Universität Duisburg-Essen koordiniert und mit rund 21 Millionen Euro durch die Europäische Union gefördert.

Ziel war es, Erfolgsfaktoren zu identifizieren, die eine Übertragung und Ausweitung solcher Maßnahmen ermöglichen. Die Analyse zeigt, dass erfolgreiche Renaturierung nicht auf Einzelmaßnahmen beruht, sondern auf dem Zusammenspiel mehrerer zentraler Elemente. Die Forschenden definieren fünf sogenannte „Bausteine“: eine fundierte Analyse des Ausgangszustands, die Entwicklung gemeinsamer Zukunftsvisionen, ein evidenzbasierter Ansatz, effektives Ressourcenmanagement sowie die aktive Einbindung relevanter Akteure.

Vom Einzelprojekt zur systemischen Transformation

Ein zentrales Ergebnis der Arbeit ist, dass Renaturierung nicht allein eine ökologische oder technische Aufgabe darstellt. Vielmehr handelt es sich um einen komplexen gesellschaftlichen Prozess. Die Umsetzung naturbasierter Lösungen ist stark von institutionellen Rahmenbedingungen, politischer Unterstützung und der Zusammenarbeit verschiedener Interessengruppen abhängig.

Die im Rahmen des MERLIN-Projekts untersuchten Fallstudien zeigen, dass Fortschritte insbesondere dort erzielt werden, wo langfristige Strategien, stabile Governance-Strukturen und verlässliche Finanzierungsmodelle vorhanden sind. Gleichzeitig wird deutlich, dass großflächige Renaturierung nur gelingt, wenn Maßnahmen an lokale ökologische und gesellschaftliche Gegebenheiten angepasst werden, anstatt standardisierte Lösungen zu übertragen.

Darüber hinaus verändert sich die Rolle der Wissenschaft: Sie agiert zunehmend als vermittelnde Instanz, die unterschiedliche Perspektiven zusammenführt, Wissen bereitstellt und gemeinsame Lernprozesse unterstützt.

Neue Perspektiven für Politik und Praxis

Die Studie liefert wichtige Impulse für europäische Umweltstrategien wie den European Green Deal. Eine breit angelegte Wiederherstellung von Süßwasserökosystemen gilt als zentral, um Biodiversitätsziele zu erreichen, Klimafolgen abzumildern und die Versorgung mit sauberem Wasser langfristig zu sichern.

Anstatt einheitliche Lösungen vorzugeben, bietet der entwickelte Ansatz eine praxisnahe Orientierung, die unterschiedliche regionale Bedingungen berücksichtigt. Langfristig können diese Erkenntnisse dazu beitragen, Renaturierungsmaßnahmen effektiver zu planen, besser zu vernetzen und ihre Wirkung deutlich zu erhöhen – ein entscheidender Schritt hin zu resilienten Ökosystemen und nachhaltigen Lebensgrundlagen.

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Originalpublikation:
Birk S, Anzaldua G, Baattrup-Pedersen A, et al. (2026) Building blocks for upscaling freshwater ecosystem restoration: Place-based strategies for a transdisciplinary challenge. In: Kaden US, Schmid S, Wulf S, Marsden K, Klusmann C, Bonn A, Tockner K, Scholz M (Eds) Wetlands in a Changing Climate: Restoring Coasts and Floodplains. Nature Conservation 62: 261-287. https://doi.org/10.3897/natureconservation.62.148938

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Daniel Hering
Biologie
daniel.hering@uni-due.de

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Quelle: Universität Duisburg-Essen

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Geleitet wird das Projekt von Dr. Peter Fischer vom Fachgebiet für Bodengeographie und Bodenerosion in Kooperation mit dem Donaumoos-Team. Ziel ist es, die Hydrologie landwirtschaftlich genutzter Moorstandorte besser zu verstehen – also wie trockengelegte Torfböden Wasser aufnehmen, speichern und weiterleiten.

„Es geht also um deutlich mehr als nur die Frage, ist Wasser da oder nicht“, betont Fischer.

Ein Beregnungsexperiment auf Torf sei dabei ein Novum. Torf ist ein organischer Boden, der zu mindestens 30 Prozent aus zersetzten Pflanzenresten besteht. Moore seien nicht nur „ein toller, artenreicher Lebensraum“, sondern auch „ein wichtiger Speicher für Kohlenstoff und Wasser“, so Fischer.

Wichtige Schwammfunktion der Moore

Tatsächlich gehören Moore zu den bedeutendsten Kohlenstoffspeichern der Erde, da unter nassen Bedingungen kaum Zersetzung stattfindet. In Deutschland jedoch sind rund 95 Prozent der Moore trockengelegt worden. Dadurch wird nicht nur CO₂ freigesetzt, auch zentrale Eigenschaften gehen verloren: Intakter Torfboden wirkt wie ein Schwamm, der Wasser speichert und verzögert abgibt – und so auch zum Hochwasserschutz beiträgt. Genau diese Funktionen untersucht das KU-Projekt.

„Bislang ist nur wenig darüber bekannt, wie sich heutige Landnutzungspraktiken, Bodenverdichtungen und unterschiedliche Vegetationsbedeckungen auf dieses Verhalten und das Potential, Hochwasserentstehung abzuschwächen, auswirken“, erklärt Fischer.

Für seinen Feldversuch nutzt Fischer zwei Grünland- und zwei Ackerflächen aus dem Flächeninventar des Donaumoos-Zweckverbandes in den Gemeinden Königsmoos und Langenmosen. Mit einer mobilen Anlage („Rainmaker“) simuliert er Starkregen auf kleinen Flächen. So wird es drei zeitlich getrennte Beregnungskampagnen geben, um unterschiedliche Anfangswassergehalte, Grundwasserstände und Bodenbedeckungen im Experiment abbilden zu können. Anhand dessen lässt sich bestimmen, wie viel Wasser versickert oder stehen bleibt.

„Im Kern geht es um das Schicksal des Wassers“,  fasst Peter Fischer das Forschungsprojekt zusammen.

Transparente Wissenschaftskommunikation als Schlüssel

Angesichts zunehmender Extremwetter liefert das Projekt wichtige Erkenntnisse. Langfristig soll es helfen, Moorböden besser im Spannungsfeld von Landwirtschaft, Klimaschutz und Wasserhaushalt zu bewerten. Fischer setzt dabei bewusst auf Transparenz und Austausch: Gemeinsam mit Prof. Dr. Jan Hiller sind öffentliche Vorführungen und Bildungsangebote geplant.

Ein zentrales Anliegen ist es, Vorbehalte gegenüber der Wiedervernässung abzubauen.

„Aktuell sorgen sich viele Ortsansässige, die Wiedervernässung erhöhe die Hochwassergefahr – tatsächlich ist das Gegenteil der Fall und das möchte ich empirisch zeigen und nachvollziehbar machen. Viele sagen, wenn die Badewanne voll ist, dann kann sie kein Wasser mehr aufnehmen, aber das Donaumoos ist eben keine Badewanne.“

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Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Peter Fischer
Peter.Fischer@ku.de

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Quelle: Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt

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Im Rahmen der Machbarkeitsstudie werden geologische Daten aus dem tiefen Untergrund ausgewertet und modelliert, um das Potenzial hydrothermaler Wärmequellen im Wuppertaler Stadtgebiet detailliert einschätzen zu können. Die Untersuchung baut auf Ergebnissen einer Potenzialanalyse auf, die 2023 erstellt wurde.

Nun geht es darum, die Grundlagen für mögliche spätere Maßnahmen zur Erschließung tiefer Erdwärmequellen zu schaffen. Zu diesen Maßnahmen gehören Erkundungsbohrungen und ggf. weitergehende seismische Erkundungen. Die Studie konzentriert sich konkret auf die Identifikation und Bewertung von wasserführenden Gesteinsschichten.

In Wuppertal handelt es sich dabei um sogenannte Massenkalke aus dem Devon. Diese liegen im Norden von Wuppertal in großer Tiefe und weisen so hohe Temperaturen auf, die für die Erdwärmenutzung geeignet sein könnten. Gleichzeitig muss in den Zielhorizonten eine ausreichende Durchlässigkeit vorhanden sein, um die notwendige Zirkulation zu gewährleisten.

„Die Machbarkeitsstudie dient uns als Entscheidungsgrundlage, ob und wie wir unser Projekt weiterverfolgen können. Viele technische und wirtschaftliche Fragen sind noch offen“, betont Dominik Pröpper, Leiter Erzeugung Strom und Fernwärme der WSW Energie & Wasser AG. „Wenn die Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Nutzung gegeben sind, kann die tiefe Geothermie ein zukunftsweisender Baustein für eine sichere und klimafreundliche Wärmeversorgung in Wuppertal sein.“

Erdwärme als nachhaltige Wärmequelle

Die Zusammenarbeit von WSW und Fraunhofer IEG profitiert von landesweiten geowissenschaftlichen Vorarbeiten: Im Zuge der im Rahmen des „Masterplans Geothermie NRW“ durchgeführte seismischen Messkampagne entlang des historischen Westfälischen Hellwegs und in der Region des östlichen Ruhrgebietes, hat der Geologische Dienst Nordrhein-Westfalen systematische Daten zur geologischen Struktur des tiefen Untergrunds gewonnen und wertet diese derzeit aus. Diese Messungen fanden auch am nördlichen Rand des Wuppertaler Stadtgebiets statt. Die gewonnenen Datensätze helfen dabei, regionale geologische Modelle zu erstellen, die sowohl für die Kommunale Wärmeplanung als auch für weiterführende Projekte relevant sind. Die Ergebnisse der Seismik-Kampagne fließen in die Bewertung des geothermischen Potenzials in den untersuchten Regionen ein und stehen – nach Auswertung – der Öffentlichkeit zur Verfügung.

Ergebnisse sollen Ende 2026 vorliegen

„Erdwärme bietet eine stabile, klimafreundliche und lokale Wärmequelle. In der Analyse aus 2023 konnten wir erarbeiten, dass ein Potenzial im Wuppertaler Norden und Nordosten vorliegt. Nun prüfen wir, wie dieses Potential zuverlässig erschlossen werden kann. Gleichzeitig betrachten wir, welche weiteren Erkundungsmaßnahmen nötig sind, um Geothermie in Wuppertal effizient zu nutzen“, so Laureen Benoit, Projektleiterin am Fraunhofer IEG.

Die Ergebnisse der Geothermie-Machbarkeitsstudie für Wuppertal sollen Ende 2026 vorliegen.

„Wenn die Ergebnisse positiv ausfallen, können wir Erdwärme im kommenden Jahrzehnt nutzen“, erklärt Dominik Pröpper.

Die Erlaubnis zur Aufsuchung des Bodenschatzes Erdwärme zu gewerblichen Zwecken haben die WSW von der Bezirksregierung Arnsberg Ende 2024 erteilt bekommen. Mit dieser Erlaubnis darf nach unterirdischen Wärmequellen gesucht werden, um herauszufinden, wie ergiebig sie sind. Die Machbarkeitsstudie wird aus Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.

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Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dipl.-Geophys. Gregor Bussmann, Fraunhofer IEG, gregor.bussmann@ieg.fraunhofer.de

Quelle: Fraunhofer IEG

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„Auf unserem Weg war in der Seekarte ein Gebiet mit unerforschten Gefahren für die Navigation eingezeichnet, von dem nicht klar war, worum es sich handelt und woher die Information stammte“, berichtet Simon Dreutter aus der Bathymetrie am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).

Als Fachmann für Unterwasserkartierungen weckte dies seine Neugier.

Land in Sicht

Er erzählt weiter: „Ich habe im Bathymetrielabor alles an Küstenlinien durchforstet, was wir hier so haben und bin zurück auf die Brücke. Beim Blick aus dem Fenster haben wir dann einen ‚Eisberg‘ gesehen, der irgendwie dreckig aussah. Bei näherer Betrachtung wurde klar, dass es sich dabei vermutlich um Fels handelt. Daraufhin haben wir den Kurs geändert und sind in die Richtung gefahren und dann wurde zunehmend deutlich, dass wir eine Insel vor uns haben!“

Die Nautiker auf der Brücke fuhren die Polarstern vorsichtig an die Insel heran, immer mit mindestens 50 Metern Wasser unter dem Kiel. So konnte sich der Eisbrecher ihr bis auf 150 Meter nähern, umrundete sie und vermaß den Meeresboden mit dem bordeigenen Fächerecholot. Außerdem wurde eine Drohne eingesetzt und die Bilddaten wurden photogrammetrisch ausgewertet, um ein Höhenmodell sowie ein georeferenziertes Luftbild zu bekommen, um damit die Küstenlinien einzumessen. Auf diese Weise wurde die Insel das erste Mal systematisch vermessen und erfasst. Ergebnis: Die Insel ist etwa 130 Meter lang, 50 Meter breit (also etwas länger als die Polarstern mit ihren 118 Metern und etwa doppelt so breit) und ragt ungefähr 16 Meter aus dem Wasser.

Eine Insel zwischen Eisbergen

Warum die Insel als Gefahrenzone in der Seekarte, aber nicht als Küstenlinie in anderen Datensätzen eingezeichnet ist und warum die verzeichnete Position in der Seekarte etwa eine Seemeile neben der tatsächlichen Position liegt, ist den Fachleuten unklar. Auf den untersuchten Satellitenbildern ließ sich die Insel wegen ihrer Eisauflage kaum von den Eisbergen unterscheiden, die in der unmittelbaren Umgebung zahlreich umhertreiben.

Da es keine offizielle internationale namentliche Eintragung der Insel gibt, gilt es jetzt, den Benennungsprozess für eine solche Entdeckung zu durchlaufen. Damit hat Dr. Boris Dorschel-Herr, Leiter der AWI-Bathymetrie und ebenfalls an Bord der Polarstern, schon Erfahrungen: Im Jahr 2014 hatten er und sein Team dafür gesorgt, dass zwei Unterwasserberge auf den Seekarten des Südatlantiks und des Weddellmeers eingezeichnet wurden. Die genaue Position der Insel wird das Team mit Abschluss des Namensgebungsprozesses veröffentlichen und auch dafür sorgen, dass die Information auch in die internationalen Seekarten und andere wichtige Datensätze eingefügt werden. Gerade für bathymetrische Meeresbodenkarten wie IBCSO (International Bathymetric Chart of the Southern Ocean) sind derartige Informationen essentiell, da durch die dünne Abdeckung mit Messdaten und Interpolation solche unkartierten Objekte einfach ausradiert werden.

Erforschung des antarktischen Meereises

Das Bathymetrieteam arbeitet mit anderen Forschungsgruppen an Bord eng zusammen, beispielsweise mit der physikalischen Ozeanographie. So konnten die Forschenden entlang mehrerer Schnitte von der Tiefsee auf den Kontinentalschelf verschiedene Wassermassen verfolgen und die Besiedelung des Meeresbodens untersuchen. Dabei gewannen sie wichtige Erkenntnisse zum Rückgang des antarktischen Tiefenwassers im Vergleich zu den Langzeitdatenerfassungen, die das AWI in der Region über ozeanographische Messungen im Rahmen des Hybrid Antarctic Float Observing System (HAFOS) seit dem Jahr 2002 durchführt. Außerdem konnten die Abflusswege kalten Wassers von den Larsen-Schelfeisen eingegrenzt werden. Diese Wassermassen beeinflussen maßgeblich die globalen Meeresströmungen und das Schmelzen des Meereises insbesondere auf dem Kontinentalschelf.

Das antarktische Meereis galt anders als das im Norden lange Zeit als relativ stabil. Jedoch ging die sommerliche Meereisausdehnung etwa seit dem Jahr 2017 im nordwestlichen Weddellmeer stark zurück, vermutlich infolge wärmeren Oberflächenwassers.

Prof. Dr. Christian Haas, Leiter der Polarstern-Expedition und der AWI-Meereisphysik sagt zu den ersten Ergebnissen von SWOS (Summer Weddell Sea Outflow Study): „Die Eisdicke zeigte eine große regionale Variabilität. Insbesondere auf dem westlichen, flachen Kontinentalschelf war das Eis bis zu vier Meter dick, was wir auf starke Deformation durch die Gezeiten und die Küstennähe zurückführen können. Das Eis weiter östlich kam von den großen Ronne- und Filchner-Schelfeisen und war wenig deformiert mit Dicken um eineinhalb Meter.“

Insgesamt wies das Meereis überraschend starkes Oberflächenschmelzen auf, was sich vor allem auf die Schneebedeckung und die obersten Eisschichten auswirkte und zu fast arktischen Verhältnissen führte, wo das Eis mit vielen Schmelztümpeln bedeckt ist.

Christian Haas berichtet: „Zwar haben wir nur sehr wenige Schmelztümpel gefunden, aber das Eis war vielfach fast schneefrei und hatte eine bläuliche oder gräuliche Oberfläche. Durch neuartige Messungen des Wassers direkt unter dem Eis mit Turbulenz- und biologischen Sonden fanden wir insbesondere größere Mengen süßen Schmelzwassers im und unter dem Eis. Dies wirkt sich stark auf die biologische Besiedelung des Eises und die Wechselwirkungen mit dem Meerwasser unter dem Eis aus, denn solche Süßwasserlinsen halten die Wärme aus dem Ozean vom Meereis fern.“

Welchen Beitrag die im und unter dem Meereis lebenden Organismen beispielsweise für den Kohlenstoffkreislauf im Südlichen Ozean leisten, werden zukünftige Analysen und Modellierungen zeigen. Diese führen die Forschenden jedoch erst nach der Expedition durch, die planmäßig am 9. April 2026 auf den Falklandinseln (Malvinas) endet. Die Polarstern startet von dort den Transit quer über den Atlantik und wird Mitte Mai in ihrem Heimathafen Bremerhaven zurückerwartet.

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Quelle: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

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Um die EU-Mitgliedstaaten bei der Umsetzung der EU-Verordnung zur Wiederherstellung der Natur (WVO) zu unterstützen, liefert die Studie einen praktischen, schrittweisen Prozess, der wissenschaftliche Prioritäten direkt mit politischen Maßnahmen verknüpft. Der Prozess skizziert, wie die Renaturierung durch iterative Phasen gesteuert werden kann – von der Bestandsaufnahme des Zustands der Flüsse über die gemeinsame Entwicklung von Lösungen mit den Interessengruppen bis hin zur Finanzierung, Umsetzung und langfristigen Kontrolle. Durch die Abstimmung der wichtigsten Forschungsprioritäten auf bestehende europäische Rechtsvorschriften und Indikatoren hilft das Rahmenwerk dabei, ehrgeizige Ziele in konkrete, kontextspezifische Maßnahmen vor Ort umzusetzen.

„Was wir anbieten, ist keine Einheitslösung, sondern ein strukturierter Prozess, der den Staaten hilft, von der Planung zur Umsetzung zu gelangen“, sagt Twan Stoffers, Erstautor der Studie. „Indem wir Wissenschaft, Politik und die Einbindung von Interessengruppen auf iterative Weise miteinander verknüpfen, bieten wir einen realistischen Weg, um die Renaturierung von Flüssen in der Praxis zum Erfolg zu führen.“

In der Studie wurde das Fachwissen von Forschenden, Praktiker*innen, aus Wasserwirtschaft, Politik und Verbänden aus 45 Ländern zusammengefasst und dabei 27 verschiedene Prioritäten für die Renaturierung von Flüssen ermittelt.

„Diese Vielzahl an Prioritäten zeigt, dass Renaturierungsstrategien nicht universell sein können, sondern an lokale und regionale politische, institutionelle und ökologische Bedingungen angepasst werden müssen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse schlagen wir einen strukturierten Priorisierungsrahmen vor, der den Abbau von Querbauwerken, das Wiederherstellen der Konnektivität, Governance-Mechanismen und politische Instrumente mit kontextspezifischen Bedürfnissen verknüpft“, erklärt Twan Stoffers.

Die Prioritäten

Um die entwickelte Agenda innerhalb der aktuellen politischen Rahmenbedingungen der EU, wie der WVO und der EU-Biodiversitätsstrategie, umzusetzen, haben die Forschenden die zehn am höchsten bewerteten Forschungsprioritäten mit den einschlägigen Rechtsvorschriften und potenziellen Indikatoren abgeglichen. Die drei wichtigsten identifizierten Forschungsprioritäten sind:

1. die Verbesserung der biologischen Vielfalt und der Ökosystemfunktionen in Fließgewässern,
2. die Entwicklung von Priorisierungsstrategien für gezielte Renaturierungsmaßnahmen und
3. die Festlegung von Renaturierungsstandards.

Die Renaturierung ist ein umfassender Prozess, der alle Beteiligten einbinden muss

„Unsere Ergebnisse verdeutlichen die Schlüsselelemente eines Prozesses zur Renaturierung frei fließender Flüsse: die Festlegung klarer Ziele auf verschiedenen Ebenen und die Priorisierung von Maßnahmen nicht nur auf der Grundlage des ökologischen Potenzials oder der Kosten, sondern auch unter Berücksichtigung soziokultureller Faktoren wie dem Wohlergehen der Bevölkerung“, betont die IGB-Forscherin Phoebe Griffith, Mitautorin der Studie. „Die Arbeit zeigt, dass die Renaturierung von Flüssen ein sozioökologischer Prozess ist. Das bedeutet, gemeinsame Renaturierungsziele zu definieren, die sozialen und ökologischen Perspektiven integrieren, und diese Ziele dann in gemeinsames Handeln umzusetzen – gestützt auf fundierte wissenschaftliche Erkenntnisse.“

Das Forschungsteam betont, dass entgegen einiger aktueller politischer Tendenzen in Europa die frühzeitige Einbindung von Interessengruppen eine entscheidende Rolle für eine wirksame Renaturierung und nachhaltige Wasserwirtschaft spielt. In der Praxis erfordert dies strukturierte Co-Design-Prozesse, in denen Forschende, Politik, Behörden und lokale Interessengruppen gemeinsam Renaturierungsziele definieren, unterstützt durch partizipative Planung, Entscheidungshilfetools und kontinuierliches Feedback durch Monitoring und adaptives Management.

Auch die Forschung muss sich an neue Herausforderungen und Bedarfe anpassen

Darüber hinaus werfen die Forschenden auch einen selbstkritischen Blick auf ihr eigenes Arbeitsfeld: Trotz der wachsenden Erkenntnis, dass mehr Integration notwendig ist, bleibt eine echte Zusammenarbeit zwischen Natur- und Sozialwissenschaften selten. Hartnäckige Hindernisse wie disziplinäre Paradigmen, unzureichende institutionelle Unterstützung und begrenzte Kooperationsfähigkeiten schränken diese Integration von unterschiedlichen Ansätzen weiterhin ein. Mit dieser neuen Studie wollen die Autorinnen und Autoren daher auch zur Weiterentwicklung inter- und transdisziplinärer Ansätze in der Flussrenaturierung beitragen.

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Originalpublikation:
Stoffers, T., Vuorinen, K.E.M., Schroer, S. et al. A collaborative research agenda for restoring free-flowing rivers. Commun Earth Environ 7, 303 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03428-9

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Um ihre Vorhaben zu erreichen, wird das Team aus sechs Ländern eine einzigartige Kombination aus Feldarbeit, physikalisch basierter Modellierung und KI nutzen – und zudem mit den betroffenen Regionen und Gemeinschaften zusammenarbeiten. Darüber hinaus werden ihre Ergebnisse eine entscheidende Ressource für die Bewältigung künftiger Herausforderungen im Bereich der Wasserversorgungssicherheit darstellen.

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Vom Menschen hergestellte Chemikalien durchdringen die Küstenmeere in bislang unbekanntem Ausmaß. Das zeigt eine internationale Studie, geleitet von den Biochemikern Jarmo-Charles Kalinski und Daniel Petras an der University of California, Riverside. Das Forschungsteam analysierte dazu mehr als 2.300 Meerwasserproben aus mehr als 20 Feldstudien, die mehr als ein Jahrzehnt lang im Pazifik, Atlantik und im Indischen Ozean gesammelt wurden. Die Ergebnisse wurden in Nature Geoscience veröffentlicht.

„Selbst an Orten, die wir für unberührt halten, fanden wir eindeutige chemische Fingerabdrücke menschlicher Aktivität. Obwohl die chemische Verschmutzung der Meere lange bekannt ist, hat uns das Ausmaß doch überrascht“, sagt Daniel Petras, Assistenzprofessor an der University of California und Nachwuchsgruppenleiter im Exzellenzcluster „Kontrolle von Mikroorganismen zur Bekämpfung von Infektionen“ (CMFI) an der Universität Tübingen. „Es gab praktisch keinen Ort, an dem wir Proben nahmen, der keinerlei chemischen Einfluss des Menschen zeigte“, sagt Jarmo-Charles Kalinski, ehemaliger Postdoktorand in Petras‘ Gruppe an der UC Riverside und Erstautor der Studie.

Im globalen Maßstab eine enorme Menge

Die Forschenden stellten fest, dass anthropogene Chemikalien weit über die Küstenlinie hinaus nachweisbar sind. Selbst mehr als 20 Kilometer vor der Küste machten vom Menschen stammende Verbindungen etwa 1 Prozent der nachgewiesenen organischen Substanz aus.

„In globalem Maßstab ist das eine enorme Menge an Material“, sagt Petras.

In Küstengewässern erreichten die Signalwerte menschengemachter organischer Moleküle einen Median von bis zu 20 Prozent. Im offenen Ozean lagen die niedrigsten Werte dagegen bei etwa 0,5 Prozent. Extremwerte an Flussmündungen mit unbehandeltem oder schlecht behandeltem Abwasser überstiegen zum Teil sogar Werte von 50 Prozent. Insgesamt identifizierte das Team 248 vom Menschen stammende Verbindungen. Über alle Proben hinweg machen sie im Median rund 2 Prozent des gesamten Signals aus. Das Team erwartete Pestizide und pharmazeutische Verbindungen vor allem in Küstennähe, doch Industriechemikalien wie Weichmacher aus Kunststoffen, Schmiermittel und andere Chemikalien aus Pflege- und Konsumprodukte dominieren den menschlichen chemischen Fußabdruck in den Ozeanen. Einige dieser Verbindungen liegen an der Grenze zwischen organischen Molekülen und Nanokunststoffen. Dadurch verschwimmt die Trennlinie zwischen chemischer und Kunststoffverschmutzung, erklärt Daniel Petras.

„Diese Chemikalien sind ein wesentlicher Bestandteil der organischen Stoffgesamtheit der Ozeane. Das bedeutet, dass sie möglicherweise eine bisher unbekannte Rolle im Kohlenstoffkreislauf und in der Funktion des marinen Ökosystems spielen.“

Große Datenmenge: Proben aus vielen Studien analysiert

Die Studie stellt eine der bisher umfassendsten chemischen Metaanalysen der maritimen Küstenzonen dar. Sie stützt sich auf Proben, die für viele verschiedene Untersuchungszwecke gesammelt wurden, darunter für die Untersuchung der Gesundheit von Korallenriffen, von Algenblüten oder des Kohlenstoffkreislaufs. Eine wesentliche Innovation des Forschungsteams war die Kombination einheitlicher, hochauflösender Methoden der Massenspektrometrie über mehrere Labore hinweg sowie der Einsatz skalierbarer Computerverfahren, die in der Gruppe von Mingxun Wang, Assistenzprofessor für Informatik an der UC Riverside, entwickelt wurden. Dank dieser technologischen Fortschritte konnte die Gruppe Tausende von Proben aus nicht zusammenhängenden Studien als einheitlichen, konsolidierten Datensatz kombinieren und analysieren.

„Diese Arbeit war nur durch den Einsatz unserer Kooperationspartner rund um den Globus und deren öffentlich zugängliche Datensätze möglich“, sagt Petras. „Indem wir unsere Daten öffentlich zugänglich machen, hoffen wir, die Forschung zu beschleunigen und ein umfassenderes Verständnis der menschlichen chemischen Auswirkungen auf die Weltmeere zu ermöglichen.“

Trotz des Umfangs des Datensatzes weisen die Forscher darauf hin, dass große Teile der Welt noch wenig erforscht sind. Die Daten konzentrierten sich stark auf Nordamerika und Europa, mit begrenzter Abdeckung der Südhalbkugel und wenig Daten aus Regionen wie Südostasien, Indien und Australien.

„Das Fehlen von Daten bedeutet nicht, dass das Problem nicht vorhanden ist“, sagt Kalinski. „Es bedeutet, dass wir noch nicht genau genug hingeschaut haben.“

Ökologische Konsequenzen noch unklar

Die Autorinnen und Autoren der Studie unterstreichen, dass diese Analysen nur einen ersten Überblick verschaffen und weitere detaillierte Analysen erforderlich sind, um die Konzentrationen genau bestimmen zu können. Zudem sind die Auswirkungen der kumulativen chemischen Konzentrationen und ihre langfristigen ökologischen Folgen weitgehend unbekannt. Die Studie belegt deutlich, dass der Mensch die Meereschemie verändert. Was das für die Meereslebewesen, Nahrungsketten oder die Ökosystemresilienz bedeutet, müssten Folgeuntersuchungen zeigen.

Die Ergebnisse verdeutlichen eine umfassendere, oft übersehene Tatsache: Alltägliche Aktivitäten wie Autofahren, Putzen und Körperpflege tragen zur Verbreitung von Chemikalien bei. Gleiches gilt für Lebensmittelverpackungen. Diese Chemikalien werden in den Abfluss gespült oder vom Regenwasser mitgeführt und gelangen über Flüsse und Abwassersysteme schließlich ins Meer.

„Was wir an Land verwenden, verschwindet nicht einfach“, sagt Kalinski. „Es landet oft im Meer, der letzten Senke.“ Die Ergebnisse haben auch Petras‘ eigene Gewohnheiten beeinflusst. „Ich reduziere meinen Kunststoffverbrauch, vermeide unnötige Verpackungen und konsumiere weniger hochprozessierte Lebensmittel“, sagt er. „Nicht nur um die Umwelt zu schützen, sondern auch, weil ich unnötige direkte chemische Belastungen für mich und meine Familie vermeiden möchte.“

„Die Ergebnisse dieser Studie zeigen eindrucksvoll, welche neuen Erkenntnisse die moderne Forschung hervorbringt, wenn auf internationaler Ebene kooperiert und zusammengearbeitet wird. Sie führen uns einmal mehr vor Augen, wie sehr wir als Menschheit in der Verantwortung stehen, verantwortungsvoll und insbesondere nachhaltig zu handeln“, sagt Professorin Dr. Karla Pollmann, Rektorin der Universität Tübingen.

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Originalpublikation:
Kalinski J-C, Pakkir Mohamed Shah A, Ruiz Brandão da Costa B, Farrell SP, Schellenberg L, Graves LG, Schramm T, Stincone P, Koester I, Stephens B, Torres R, Cancelada L, Utermann-Thüsing C, Quinlan Z, Wegley Kelly L, Carlson C, Castillo-Ilabaca C, Pantoja-Gutiérrez S, Beman J, Hartmann A, Aron A, Siwe Noundou X, Dorrington R, Tasdemir D, Haas A, Dorrestein P, Nelson C, Aluwihare L, Wang M & Petras D. (2025) Widespread presence of anthropogenic compounds in marine dissolved organic matter. Nature Geosciences. https://doi.org/10.1038/s41561-026-01928-z

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Daniel Petras
Universität Tübingen
Exzellenzcluster „Kontrolle von Mikroorganismen zur Bekämpfung von Infektionen“ (CMFI)
dpetras[at]ucr.edu

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Quelle: Eberhard Karls Universität Tübingen

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Offshore-Windparks sind ein zentraler Bestandteil der EU-Strategie für erneuerbare Energien: Bis 2050 soll die installierte Leistung in der Nordsee auf mehr als das Zehnfache steigen. Eine aktuelle Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigt jedoch, dass dieser Ausbau weitreichende Folgen hat. Demnach kann die zunehmende Nutzung der Offshore-Windenergie den natürlichen Transport sowie die Ablagerung von Sedimenten großräumig und dauerhaft verändern. Besonders stark betroffen ist die Deutsche Bucht. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Schwebstoffe sind ein wesentlicher Bestandteil der Dynamik in der Nordsee. Sie stammen vom Meeresboden, werden durch Wellen und Strömungen aufgewirbelt, gelangen über den Ärmelkanal aus dem Atlantik in die Nordsee oder werden durch Flüsse eingetragen. Diese Partikel durchlaufen kontinuierlich Zyklen aus Ablagerung und erneuter Aufwirbelung, bis sie sich in strömungsarmen Bereichen als Schlamm absetzen.

Offshore-Windkraftanlagen greifen in diese Prozesse ein, da sie sowohl in der Luft als auch im Wasser als Hindernisse wirken. Sie beeinflussen unter anderem die Schichtung des Meeres in unterschiedlich warme Wasserschichten und verlangsamen die Strömungen über große Distanzen hinweg. Genau diese Faktoren bestimmen, wie sich Schwebstoffe und organische Partikel im Meer bewegen und wo sie letztlich abgelagert werden. Die Forschenden konnten zeigen, dass bestehende Windparks bereits heute eine deutliche räumliche Umverteilung der Sedimente verursachen – betroffen sind jährlich bis zu 1,5 Millionen Tonnen Schlamm inklusive des darin gebundenen Kohlenstoffs.

Sedimentverlagerung beeinflusst auch die Kohlenstoffspeicherung

Ein Teil der Sedimente besteht aus organischem Material, etwa aus abgestorbenen Meerestieren und Pflanzen. Dieses enthält sogenannten partikulären organischen Kohlenstoff (POC), der gemeinsam mit den Partikeln auf den Meeresboden absinkt und dort über sehr lange Zeiträume gespeichert werden kann. Der Meeresboden fungiert somit als Kohlenstoffsenke. Insgesamt leisten die Ozeane einen wichtigen Beitrag zur Bindung von Kohlenstoff und wirken damit dem Klimawandel entgegen.

Deutsche Bucht im Fokus der Veränderungen

Für ihre Untersuchungen nutzten die Forschenden ein neu entwickeltes Computermodell, das erstmals verschiedene Einflussfaktoren wie Atmosphäre, Wellen, Strömungen und Sedimenttransport gemeinsam abbildet. Grundlage dafür waren frühere Studien des Hereon zum Einfluss von Offshore-Windkraftanlagen auf Luft- und Meeresströmungen.

„Unsere Simulationen legen nahe, dass sich der Effekt durch den Ausbau der Offshore-Windparks über die kommenden Jahrzehnte hinweg deutlich verstärken wird. Das kann die langfristige Funktionsweise des Ökosystems und der Kohlenstoffspeicherung in der Nordsee beeinflussen“, sagt Jiayue Chen, Erstautorin der Studie und Wissenschaftlerin am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung.

Auch Infrastrukturen wie Häfen und Fahrrinnen könnten sich dadurch verändern. Bemerkenswert sei zudem, dass etwa 52 Prozent der gesamten Sedimentumverteilung in der Nordsee im Gebiet der Deutschen Bucht stattfindet. „Das hebt diese Region als besonders betroffen hervor.“ Die Forschenden wollen nun untersuchen, welche Auswirkungen dies auf besonders empfindliche Küstenregionen wie das Wattenmeer hat, für das eine kontinuierliche Sedimentzufuhr essenziell ist, um den ansteigenden Meeresspiegel auszugleichen. Außerdem wird untersucht, inwiefern diese Effekte die Rolle des Meeres als Kohlenstoffsenke beeinflussen.

„Mit einem verbesserten Verständnis der Sedimentverteilung und Kohlenstoffspeicherung in der Nordsee können wir langfristige Risiken für die Küstenstabilität, Navigationssicherheit in der Schifffahrt und die Funktionsweise von Ökosystemen in der Deutschen Bucht abschätzen“, sagt Jiayue Chen. „Unsere Ergebnisse liefern wertvolle Grundlagen für den nachhaltigen Ausbau der Offshore-Windenergie und helfen Entscheidungsträgern aus Politik, Wirtschaft und Industrie, neue Windparks umweltfreundlich zu planen.“

Forschung für Klima, Küste und Gesellschaft

Das Helmholtz-Zentrum Hereon verfolgt das Ziel, wissenschaftliche Grundlagen für eine lebenswerte Zukunft zu schaffen. Rund 1000 Mitarbeitende erforschen Technologien und Zusammenhänge, die Resilienz und Nachhaltigkeit stärken – insbesondere in den Bereichen Klima, Küste und Mensch. Dabei werden experimentelle Studien, Modellierungen, künstliche Intelligenz und Digitale Zwillinge kombiniert, um komplexe Systeme besser zu verstehen und praxisnahe Lösungen zu entwickeln. Als Teil nationaler und internationaler Forschungsnetzwerke sowie der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt das Hereon den Transfer von Wissen in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft, um nachhaltige Entwicklungen voranzutreiben.

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Originalpublikation: Sediment transport pathways and organic carbon burial impacted by offshore wind farms in shelf seas | Communications Earth & Environment

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Grundwasser ist eine verborgene Ressource, begleitet aber dennoch unseren Alltag, denn über 70 % des Trinkwassers in Deutschland stammen aus dem Grundwasser und werden aus Brunnen oder gefassten Quellen gewonnen. Grundwasser ist auch für die Landwirtschaft und die natürlichen Ökosysteme unverzichtbar.

In Städten ist das Grundwasser oft eine technische Herausforderung bei Bauvorhaben, gewinnt zunehmend aber an Bedeutung bei der umweltfreundlichen Klimatisierung (Heizung, Kühlung) von Gebäuden. Um Hochwasserspitzen abzudämpfen und Trockenzeiten zu überbrücken, wird die Speicherung von Wasser immer wichtiger – Stichwort Schwammstadt. Die wichtigsten natürlichen Wasserspeicher sind die Grundwasserleiter im Untergrund.

Grundwasser ganzheitlich studieren

Global gesehen ist die Bewässerungslandwirtschaft der größte Wasserverbraucher. In Deutschland überwiegt noch der Regenfeldbau, aber der Bewässerungsbedarf nimmt zu. Gleichzeitig ist die Landwirtschaft eine bedeutende Quelle von Nitrat und anderen potenziell schädlichen Stoffen. Hier geht es darum, angepasste Lösungen für die Landwirtschaft zu entwickeln, die Nutzungskonflikte vermeiden und gleichzeitig dem Schutz des Grundwassers dienen.

Wälder spielen eine herausragende Bedeutung für die Wasserressourcen. Dort finden nur wenig Oberflächenabfluss und Erosion statt. Stattdessen überwiegt die Infiltration und Speicherung im Grundwasserleiter. Gleichzeitig fungieren Waldböden als natürliche Filter für Schadstoffe. Deshalb gehen Waldschutz und Grundwasserschutz Hand in Hand. Leider stehen aber gerade die Wälder aktuell besonders unter Druck, durch den Klimawandel, aber immer häufiger auch durch Bauvorhaben wie Erdkabel oder Windkraftanlagen.

Nachwuchs fördern für den Klimaschutz

Diese zunehmenden Herausforderungen rund um die Themen Grundwasser, Ökologie und Klimawandel erfordern eine hochwertige Ausbildung von qualifiziertem Nachwuchs. Das Studium der Hydrogeologie adressiert diese Herausforderungen und wird meist als Spezialisierung innerhalb der Geowissenschaften angeboten. Der Erhalt und Ausbau dieser Studiengänge ist von zentraler gesellschaftlicher Bedeutung und ein wesentlicher Schritt, um die sich stellenden Aufgaben lösungsorientiert angehen zu können.

Die Fachsektion Hydrogeologie ist eine interdisziplinäre Interessengemeinschaft aus Wissenschaft, Behörden und Unternehmen, die sich mit allen Aspekten des Grundwassers befasst und stellt die größte Vereinigung von Fachleuten der Hydrogeologie und angrenzender Fachbereiche im deutschsprachigen Raum dar. Sie ist assoziiertes Mitglied im DVGeo.

Der Vorstand der Fachsektion Hydrogeologie e. V. in der DGGV, 16.03.2026

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Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Maike Rüsgen maike.ruesgen@fh-dggv.de

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Quelle: Dachverband der Geowissenschaften (DVGeo) e.V.

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