Umweltveränderungen und Paläoklima - Eine Langzeitstudie am Tiefen See | TERENO Nordost
Die Empfindlichkeit von Seen gegenüber Veränderungen der Umweltbedingungen macht sie zu ausgezeichneten hydroklimatischen Archiven. Die Übertragung von Umweltsignalen in die lakustrischen Aufzeichnungen ist jedoch sehr komplex und umfasst verschiedene hydroklimatisch-limnologische-sedimentologische Prozesse auf unterschiedlichen Zeitskalen. Um die Signalübertragungsprozesse in Seen zu unterscheiden und zu quantifizieren, haben wir im Rahmen vom TERENO Nordost Observatorium seit 2012 ein langjähriges, intensives meteorologisch-limnologisch-sedimentologisches Monitoringsystem am Tiefen See bei Klocksin im Nordosten Deutschlands installiert und kontinuierlich weiterentwickelt.
Motivation und Zielsetzung
- ein besseres Verständnis saisonaler Sedimentationsprozesse und der sie kontrollierenden Faktoren (klimatische Bedingungen, Umweltveränderungen und menschliche Einwirkungen)
- die Beobachtung regionaler und lokaler Auswirkungen des fortschreitenden globalen Wandels auf den See
- mit dem durch das Monitoring erlangten Verständnis die Interpretation von Proxydaten aus Sedimentarchiven für verlässlichere Klimarekonstruktionen zu ermöglichen und damit grundlegende Paläoklimadaten für eine verbesserte Klimamodellierung zu liefern
Warum der Tiefe See?
Wir arbeiten am Tiefen See, weil sich sowohl in der geologischen Vergangenheit (seit der letzten Eiszeit) als auch gegenwärtig jahresgeschichtete Seesedimente (Warven) ablagern. Warven erlauben uns einen detaillierten Einblick in saisonale Sedimentationsprozesse der Vergangenheit und die Erstellung von bis zu jahresgenauen Chronologien. Durch das Monitoring im Tiefen See erhalten wir rezente saisonale Informationen zu den die Sedimentablagerung bestimmenden Faktoren. Diese Faktoren sind grundlegend für eine paläoklimatische Interpretation und die Rekonstruktion der Umweltbedingungen, einschließlich der Wechselwirkungen Mensch - Klima – Umwelt.
Der Tiefe See liegt im nordöstlichen Bereich des Naturparks Nossentiner-Schwinzer Heide. Mit einer maximalen Tiefe von 62,5 m ist er der tiefste See der Klocksiner Seenkette, die während der letzten Vereisung als subglaziale Rinne angelegt wurde. Der Tiefe See befindet sich in der Nähe der Pommerschen Eisrandlage (W2-Moräne), die während der letzten Eiszeit vom skandinavischen Inlandeis abgelagert wurde. Das Einzugsgebiet vom Tiefen See ist durch glaziale Prozesse geformt und die glazialen Ablagerungen sind von Geschieben geprägt. Nach dem Abschmelzen der Gletscher war das Seebecken mehrere tausend Jahre lang mit Toteis gefüllt, bis sich im späten Allerød, vor ca. 13.000 Jahren, der Tiefe See bildete. Die initialen Seeablagerungen, die wir in Sedimentbohrkernen finden sind Schmelzwassersande. Die Ablagerung organischer Sedimente begann schlagartig mit der Erwärmung zu Beginn des Holozäns vor 11.600 Jahren.
Aufbau und Organisation des Monitorings
Das Monitoring umfasst (1) eine permanente Wetterstation auf dem See, (2) die Seewasserbeobachtung, (3) Sedimentfallen und (4) die regelmäßige Entnahme von Oberflächen-Sedimentkernen aus verschiedenen Teilen des Seebeckens.
Einzigartig in TERENO haben wir die Möglichkeit die Ergebnisse des Monitorings direkt auf das im See abgelagerte terrestrische Paläoklimaarchiv Seesedimentkern zu übertragen. Die dazu nötigen Seesediment Bohrkerne wurden und werden im Rahmen von TERENO durch uns erbohrt.
(1) Die Wetterstation ist auf einer Schwimmplattform montiert, die dauerhaft an der tiefsten Stelle des Seebeckens verankert ist. Wir messen jeweils alle 10 min. Lufttemperatur, Luftdruck, Niederschlagsmenge, Globalstrahlung, photosynthetisch aktive Strahlung (PAR), Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Außerdem sind Niederschlagswassersammler und Staubsammler auf der Plattform montiert. In monatlichen Abständen erfolgen δD- und δ18O-Isotopen-Analysen des Niederschlagswassers im Stabile Isotope Labor für Sedimente und Wasser.
(2) Seewasser-Monitoring: zwei parallele automatische Wassersonden messen alle 12 Stunden Wassertemperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübung, Sauerstoffgehalt, Redoxpotential und Chlorophyll in 1m-Abständen bis 55 m Wassertiefe. Zusätzlich sind permanente Logger für Temperaturmessungen alle 6 Stunden in 1m-Abständen bis 15 m Wassertiefe und in 5m-Abständen bis 55 m Wassertiefe installiert. In monatlichen Intervallen wird manuell die Secchi-Tiefe gemessen, Wasserproben für δD- und δ18O-Analysen in 1, 3, 5, 7, 10, 20, 40, 45, 50 und 55 m Tiefe entnommen, sowie feste Partikel aus Wasserproben aus 1, 3, 5, 7, 10, 20, 50 und 55 m Wassertiefe gefiltert. Am Rand des Schilfgürtels zum offenen See sind Seespiegel-Logger zur täglichen Messung des Seespiegels installiert.
(3) Sedimentfallen: zwei verschiedene Typen von Sedimentfallen sind in unterschiedlichen Wassertiefen installiert. Die Fallen sammeln die in der Wassersäule absinkenden Partikel in unterschiedlicher zeitlicher Auflösung. Eine sequentielle Falle in 50 m Wassertiefe sammelt Sedimente in 15-Tage-Intervallen. Zwei 4-Zylinder-Fallen in 12 und in 50 m Wassertiefe sammeln Sedimente in monatlichen Abständen. Von den Sedimentproben aus allen Fallen bestimmen wir im Labor Gesamtkohlenstoff (TC), Gesamtstickstoff (TN), Kalziumkarbonatgehalt (CaCO3) sowie δ13Corg-, δ15N-, δ13Ccarb- und δ18Ocarb-Werte.
(4) Kurzkerne: jährlich werden aus verschiedenen Teilen des Seebeckens kurze Oberflächen-Seesedimentkerne entnommen und anschließend im Labor geochemisch untersucht, um die aktuell gewonnen hochaufgelösten Monitoringdaten mit den langen Seesediment-Klimaarchiven der Vergangenheit zu verknüpfen und daraus Erkenntnisse zum besseren Verständnis der Sedimentationsprozesse und der sie kontrollierenden Faktoren zu ziehen.
- seit 2011
- GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung (seit 2011), TERENO Nordost Oberservatorium
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