In-situ Messsysteme
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-Bild: HZG-

Forschungsschwerpunkte & Projekte

Forschungsschwerpunkte

Langzeitmessungen der Wasserqualität
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Grafische Darstellung einer Langzeitmessung zur Wassertemperatur in der Nordsee mit Hilfe einer FerryBox an Bord des Containerschiffs "TorDania". -Bild: HZG-

Der Großteil unseres Verständnisses von Prozessen im Meerwasser basiert auf Messungen einzelner Messsysteme zu bestimmten Zeitpunkten bzw. an einer festen Position.
Diese örtlich und zeitlich beschränkten Messungen von Forschungsschiffen, Fernerkundungsverfahren (Radar, Satellit) und stationären Messstationen (Bojen, Pfähle) können jedoch immer nur einen Teil der ablaufenden Prozesse erfassen.
Die umfassende Erforschung und Bewertung mariner Prozesse wird erst durch die Kombination dieser "Punktmessungen" mit Langzeitmessungen möglich.

Die Abteilung "In-Situ Messsysteme" führt solche Langzeitmessungen vor allem in der Nordsee durch. Dabei werden Messreihen erstellt, bei denen während des gesamten Messvorgangs kontinuierlich rasch hintereinander alle Messgrößen erfasst werden.
Damit die gewonnenen Daten nutzbar sind, werden sie zuerst einer automatischen Qualitätskontrolle unterworfen. Bei dieser werden eindeutig fehlerhafte Messwerte aussortiert. Anschließend werden die Daten anhand von festgelegten Parametern manuell auf Richtigkeit geprüft und in einer Datenbank abgelegt. Zudem erfolgt eine zusätzliche Qualitätssicherung, indem an verschiedenen Messpunkten genommene Wasserproben im Labor analysiert und mit den automatisch gewonnen Daten verglichen werden.

Die eigentliche Auswertung und Bewertung der Langzeitmessungen erfolgt mit Hilfe statistischer Methoden (Zeitreihenanalyse) und theoretischer Modelle zur Wasserqualität. Zudem werden für bestimmte Messgrößen wie Chlorophyll Satellitendaten zum Vergleich herangezogen.

Mit Hilfe der Auswertungen von Langzeitmessungen können Entwicklungen aufgezeigt und Vorhersagen zu diesen getroffen werden. So lassen sich auch schleichende Veränderungen im Küstengewässer nachweisen und bewerten, die erst über die Beobachtung von Prozessen über mehrere Jahre zu erkennen sind.

Der Kohlenstoffkreislauf
Entwicklung neuer Messinstrumente für In-situ Verfahren



Projekte

Die Beobachtung der Küstenozeane wird seit vielen Jahren immer bedeutender für die Meeresforschung.

Demzufolge wurden in der Vergangenheit Küstenbeobachtungssysteme aufgebaut, die die notwendigen Daten zur Erforschung der Meere aufzeichnen. Dies fand bisher allerdings sehr zersplittert statt. Forschungseinrichtungen in Deutschland und Europa forschten einzeln und zeitlich begrenzt.

Dadurch sind die zur Zeit existierenden Küstenbeobachtungssysteme noch sehr unterschiedlich bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Organisation. Auch werden unterschiedliche Messgrößen gemessen. Zudem fand jedes Forschungsinstitut eigene Maßstäbe für den Betrieb der Systeme und für die Qualitätskontrolle.

Das Projekt JERICO verfolgt das Ziel, dies alles zu vereinheitlichen. Benutzte Messsysteme wie Feststationen,FerryBox und Glider sollen in Standard, Handhabung und eingebauten Messinstrumenten harmonisiert werden. Die Entwicklung und Optimierung von Beobachtungssystemen soll gemeinschaftlich vonstattengehen. Die Messsysteme sollen zudem abgestimmt und vernetzt in Form eines gesamteuropäischen Verbundes betrieben werden.

Die gewonnen Daten sollen für die Beobachtungen und Vorhersagen in der Ozeanographie europa- und weltweit bereitgestellt werden und u. a. internationale Forschungen zum Klimawandel unterstützen. Die gemeinsame Forschung soll zudem dazu beitragen, neue Technologien und Forschungsstrategien in der nächsten Generation von Küstenbeobachtungssystemen zu realisieren.

Weitere Informationen finden Sie auf der Seite von Jerico.

NeXos-Logo_

Ziel von NeXOS ist die Entwicklung innovativer, kostengünstiger, kompakter und integrativer multifunktionaler Messinstrumente, die auf verschiedensten mobilen wie festen Messsystemen und -plattformen eingesetzt werden können.

Dabei werden unterschiedlichste Messinstrumente entwickelt: von passiven akustischen Sensoren über optischen Sensoren bis hin zu biogeochemischen Sensoren.
Alle in NeXOS entwickelten Sensoren werden zudem über ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll (Sensor Web Enablement -SWE-) verfügen. Damit wird es möglich, dass unterschiedliche Messplattformen die eingebauten auswechselbaren Messinstrumente automatisch erkennen - vergleichbar mit dem heimische PC, der dank des "Plug&Play"-Standards angeschlossene Geräte wie einen Drucker erkennt.

Die Abteilung "In-situ Messsysteme" entwickelt für NeXOS das PSICAM zusammen mit der Universität Oldenburg und der Firma TRIOS weiter und optimiert es für den Betrieb in mobilen Systemen wie der FerryBox.

Desweiteren werden gemeinsam mit norwegischen Partnern Messintrumente zur Messung des Kohlenstoffkreislaufes (pH-Wert, Alkalinität und CO2-Konzentration) weiter optimiert, bis sie serienreif sind.

Weitere Informationen finden Sie auf der Seite von NeXOS.

EnviGuard-Logo_

Die Konzentration und Zusammensetzung von einzelligen Algen (Phytoplankton) ist eine wichtige Messgröße zur Beschreibung der Wasserqualität. Diese Algen können anhand ihrer Erbsubstanz (DNA und RNA) erkannt werden.

Molekularbiologischen Methoden zur Bestimmung von DNA und RNA kommen bei der Erforschung des Phytoplanktons besondere Bedeutung zu. Sie erlauben auch die Bestimmung von Organismen, die zu klein sind, um mit herkömmlicher Mikroskopie erkannt zu werden. Zusätzlich sind die Verfahren einfach und schnell und eignen sich so gut für den routinemäßigen Einsatz.

Im Rahmen des EU-geförderten Projektes EnviGuard wird vom Alfred Wegner Institut (AWI) ein Biosensor für die Erkennung von Phytoplankton inklusive der automatischen Probennahme und Probenaufbereitung weiter entwickelt und für das FerryBox-System optimiert.
Der Biosensor basiert auf dem molekularbiologischen Verfahren der sogenannten „Sandwich-Hybridisierung“. Das Prinzip ist schematisch in der untenstehenden Abbildung dargestellt:

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-Bild: HZG-

Diese Methode kann gleichzeitig auf viele verschiedene Algen angewendet werden.
Die gewonnen Daten liefern Informationen über die Verbreitung, Vielfalt und zeitliche Abfolge verschiedener Phytoplankton-Arten.

Die Abteilung "In-situ Messsysteme" hat in dem Projekt EnviGuard die Aufgabe, den Biosensor auf den FerryBox-Systemen zu testen und zu optimieren.

Weitere Informationen finden Sie auf der Seite von EnviGuard.

Im Gelben Meer zwischen China und der Koreanischen Halbinsel sind in den letzten Jahrzehnten die Umweltbelastungen extrem angestiegen. Diese Umweltveränderungen sollen nun kontinuierlich beobachtet werden. Dazu wurde das Projekt "Kostengünstiges Verfahren zur Beobachtung der Wasserqualität im nördlichen Gelben Meer" gestartet, welches vom Bundesforschungsministerium gefördert wird.

Die Abteilung "In-situ Messsysteme" verfügt mit der FerryBox über ein automatisches, kostengünstiges Messsystem zur großflächigen Beobachtung.
Zusammen mit dem Institute of Coastal Zone Research in Yantai, China, wird auf einer Fährlinie in der Bohai-Bucht die Anwendbarkeit der FerryBox zur Beobachtung der Wasserqualität im Gelben Meer demonstriert.

Dazu kommen chinesische Wissenschaftler zum Erfahrungsaustausch und Training ans HZG. Umgekehrt führt die Abteilung "In-situ Messsysteme" mit Hilfe einer portablen FerryBox zu verschiedenen Jahreszeiten Messkampagnen an Bord einer Fähre in der Bohai-Bucht durch.

Ziel ist es, in Zukunft mit Hilfe von FerryBoxen und anderen Beobachtungsmethoden eine kostengünstige kontinuierliche und großräumige Beobachtung der Wasserqualität im Gelben Meer zu etablieren.