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Frank Lehmkuhl
THEMEN 1/2009
Was Sedimente erzählen
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Aus der aktuellen Tagespresse
sind der Klimawandel und die
damit verbundenen Auswirkungen
auf die Umwelt nicht mehr
wegzudenken. Die Vereinten
Nationen haben beispielsweise
im Bericht des Intergovernmental
Panel on Climate Change
2007 bis zu 20 Prozent
mehr Starkregenereignisse voraus
gesagt, die gravierende
Auswirkungen haben werden.
Die deutlichsten Folgen für die
Flusslandschaften unserer Breiten
sind konsequenterweise
stärkere annuelle Schwankungen
der Flusspegel und eine
schwerer einschätzbare Hochwassergefahr.
Nicht nur durch die klimatische
Veränderung selbst, sondern
auch durch vermehrten
Bodenabtrag und damit Sedimentationen
unserer Fließgewässer
werden sich die Landschaftssysteme
verändern. Davon
ist gerade die weltweite
Agrarwirtschaft und damit die
gesamte globalisierte Welt betroffen.
Unter dem Druck, dass
die Bevölkerung des Planeten
weiterhin wächst, stellt sich bei
der Nutzung der zur Verfügung
stehenden Ressourcen zunehmend
die Frage „Bioenergie
oder Nahrung?“. Dabei ist ein
Großteil der heutigen Probleme
vom Menschen gemacht, mindestens
jedoch durch ihn verstärkt
worden.
Die Auswirkungen der unangepassten
Landnutzung haben
ihren Ursprung nicht erst
im 20. Jahrhundert oder mit
dem Beginn der Industriellen
Revolution, sondern wurden
bereits mit der Sesshaftwerdung
des Menschen in der
Jungsteinzeit vor etwa 10.000
Jahren eingeleitet. Mit dieser
wandelnden Lebensweise änderte
sich auch die Nahrungsgrundlage.
Wälder wurden gerodet,
um Platz für Ackerland
zu schaffen. Dadurch fehlte die
dauerhafte Vegetationsdecke,
so dass Böden und Sedimente
Witterung und gravitativen
Prozessen schutzlos ausgesetzt
waren. Derartige Abtragungsprozesse
werden gemeinhin
unter dem Begriff Bodenerosion
subsumiert.
Die hydrologischen und sedimentären
Prozesse in Flusssystemen
werden durch die Wechselwirkung
„Klima und
Mensch“ gestaltet. Diese direkten
Auswirkungen können unter
dem Obergriff des Landschaftssystemwandels
zusammengefasst
werden. Die Fließgewässer
als Teil des Wasserkreislaufs
stellen hier das Kurzzeitgedächtnis
dar, während Sedimente
und Böden als Langzeitgedächtnis
der Natur verstanden
werden können.
Die Forschungsaktivitäten
des Lehrstuhls für Physische
Geographie und Geoökologie
fokussieren deshalb das Abflussverhalten
von Fließgewässern
unter dem Einfluss sich wandelnder
Landnutzung. In gleichem
Maß werden die in Flussablagerungen
gespeicherten
Landnutzungsänderungen
berücksichtigt. Die Forschungsergebnisse
dienen als wissenschaftliche
Grundlage für die
planerischen Herausforderun-
gen unseres Jahrhunderts. Sie
liefern wichtigen Input für weitergehende
anwendungsorientierte
Forschungsfragestellungen,
beispielsweise aus Ökologie
und Landschaftsplanung.
Durch die Untersuchungen des
Wassers werden heutige Prozesse
erforscht, um die Teilaspekte
der Wechselwirkungen
besser verstehen zu können.
Die Sedimente als Archive der
Landschaft liefern heutige und
vergangene Hinweise auf Veränderungen
und Auswirkungen
der unterschiedlichen Landnutzung.
Durch das Zusammenführen
der Ergebnisse ergibt
sich ein ganzheitliches Systemverständnis.
In einem etwa zwei Quadratkilometer
großen Einzugsgebiet
des Wüstebaches im Nationalpark
Eifel werden an zwei
Messfeldern mittels so genannter
Tensiometer die horizontale
und vertikale Fließgeschwindigkeit
des Wassers im Boden gemessen.
Diese Sickergeschwindigkeit
des Wassers hängt von
Sedimentdichte oder –eigenschaften,
wie zum Beispiel dem
Anteil von Ton, Schutt, Sand und
Schutt, der Bodenfeuchte sowie
der Niederschlagsintensität ab.
Zusätzlich zum Einfluss der Materialeigenschaften
wird der
Weg des Wassers durch unterschiedliche
Standortbedingungen
bestimmt. So weisen Wasser-
und Stoffhaushalt unter
Nadelwald, Laubwald, landwirtschaftlich
genutzten Freiflächen
sowie Siedlungen große Unterschiede
auf.
An einem so genannten
Thomson-Wehr wird mit einem
mechanischen Pegelschreiber
die Abflussmenge
des Wüstebaches gemessen,
siehe Bild 1. Im weiteren Bachverlauf
stehen, in Kooperation
mit dem Forschungszentrum
Jülich, weitere mechanische
und digitale Pegel und Messgerinne,
die an unterschiedlichen
Standorten den Abfluss
ermitteln. Die Kombination
analoger und digitaler Messgeräte
ermöglicht so eine Gesamterfassung
der Abflussraten
und gleichzeitig eine Weiterentwicklung
der Messtechnik.
Da in diesem Untersuchungsgebiet
Kleinstabflussmengen,
Maximalabflüsse sowie
kleinste Abflussschwankungen
erfasst werden, ist der
Einsatz unterschiedlicher Messtechniken
erforderlich.
Messergebnisse aus dem
September 2007 zeigen, dass
nach einem Starkniederschlag
bei trockenen Bodenbedingungen
der Höchststand des
Hochwasserscheitels erst mit
zwölfstündiger Verspätung
auftritt. Bei einem wenige Tage
später einsetzenden Regenereignis
waren die Sedimente als
Zwischenspeicher noch wassergesättigt.
Der neue Niederschlag
konnte nicht mehr zwischengespeichert
werden und
als Folge setzte die Scheitelwelle
des Abflusses schon nach
vier Stunden ein. Durch das erste
Niederschlagsereignis wurde
dem oberflächennahen Untergrund
und damit dem Zwischenabfluss,
der so genannte
Interflow, soviel Wasser zuge-